Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Как продвинуть сайт на первые места?
    Вы создали или только планируете создать свой сайт, но не знаете, как продвигать? Продвижение сайта – это не просто процесс, а целый комплекс мероприятий, направленных на увеличение его посещаемости и повышение его позиций в поисковых системах.
    Ускорение продвижения
    Если вам трудно попасть на первые места в поиске самостоятельно, попробуйте технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз, а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней. Если ни один запрос у вас не продвинется в Топ10 за месяц, то в SeoHammer за бустер вернут деньги.
    Начать продвижение сайта
  • ЛР № 12. Визначення коефіцієнта лінійного термічного розширення твердого тіла.






    Теоретичні відомості

     

    Тепловим розширенням називається збільшення лінійних розмірів і об'ємів тіл, що відбувається при підвищенні їх температури. Лінійне теплове розширення характерне для твердих тел. Об'ємне теплове розширення відбувається як в твердих тілах, так і в рідинах. Лінійне теплове розширення характеризується коефіцієнтом лінійного розширення (середнім коефіцієнтом лінійного розширення) α в цьому інтервалі температур. Експериментальне визначення α здійснюється методами дилатометрії. Дилатометрія − розділ фізики і вимірювальної техніки, що вивчає залежність зміни розмірів тіл від зовнішніх дій: температури, тиску і так далі. Прилади, вживані в дилатометрії, називають дилатометрами.

    Фізичне пояснення теплового розширення твердих тіл пов'язане з тим, що потенційна енергія взаємодії U двох молекул залежно від відстані r між ними несиметрична відносно свого мінімуму (Рис.1).

     

    Рис. 1. Графік залежності потенційної енергії взаємодії U двох молекул залежно від відстані r між ними.

     

     

     

    Дійсно, при збільшенні температури збільшується середнє значення повної енергії Е (сума кінетичної і потенційної енергій), що приходиться на одну молекулу. З рис.1 видно, що разом з Е росте не лише величина

    але і

    Із зростанням температури збільшується не лише розмах коливань молекул у положення рівноваги, але і середня відстань між ними.

     

    Принципова схема кварцевого дилатометра показана на рис. 2.

     

    Рис. 2 - принципова схема кварцевого дилатометра

    1 - кварцова трубка; 2 - кварцовий стрижень; 3 - зразок

     

    Прилад складається з опорної кварцової трубки 1, кварцового штовхальника 2 і зразка 3, встановленого між трубкою і стрижнем. Дія приладу заснована на вимірі різниці зміни довжини зразка і кварцового скла, значення ТКЛР якого дуже мало і добре вивчено в різних інтервалах температур.

    При зміні температури печі від t 1 до t 2 верхній кінець штовхальника переміститься на величину Δ n. З рис.2 видно, що

    Δ n =(l 2 - l 1) - Δ l тр

    і

    де: (l 2 - l 1) - зміна довжини зразка;

    Δ l тр - зміна довжини трубки на довжині зразка.

     

     

    Отже, покази приладу завжди менше істинної зміни довжини випробовуваного зразка на величину подовження ділянки кварцевої трубки, рівному довжині зразка. Поділивши праву і ліву частину рівняння на первинну довжину зразка l 1 і різницю температур t 2 - t 1, одержимо:

    α іст = α вим + α кв

     

    де: α іст - істинне значення ТКЛР зразка;

    α вим - значення ТКЛР зразка, знайдене за показниками приладу;

    α кв - значення ТКЛР кварцового скла

     

     

    Рис.3. Схема кварцового дилатометра:

    1 - трубчаста піч; 2 - кварцова трубка; 3 - кварцовий стержень; 4 - індикатор;

    5 - термопара; 6 – покажчик температури; 7 - зразок

     

    Індикатором є вимірювальна важільно-зубчаста багатооборотна голівка з ціною ділення 0, 001 мм; границі виміру 0-1 мм; гранична попохибка - 0, 001 мм. Робочий інтервал температури в печі 0-1200°С. Термопара застосовується хромель-алюмелевая, що має велику термо-е.р.с. Розширення зразка при його нагріванні передається через кварцовий стержень на індикатор, який фіксує абсолютне подовження зразка. Покази індикатора фіксують через кожні 10 градусів. Усі результати дилатометричних визначень зводяться в таблицю.

    За отриманими експериментальними даними будують залежності і

    Середнє значення температурного коефіцієнта лінійного розширення в інтервалі температур t2 - t1 обчислюється за формулою:

     

    де: Δ l - різниця показів індикатора при температурах t2 - tI

    α кв - середнє значення коефіцієнта теплового розширення кварцевого скла в інтервалі температур t2 - tI

     

    Значення α кв приведені в таблиці.

     

    Таблиця.

    ТКЛР кварцового скла

    Інтервал температур, оС α ·10-7, К- 1 Інтервал температур, оС α ·10-7, К- 1
    100 - 200 6, 3 20 - 100 5, 3
    200 - 300 6, 1 20 - 200 5, 9
    300 - 400 5, 6 20 - 300 5, 9
    400 - 500 5, 20 - 400 5, 8
    500 - 600 4, 9 20 - 500 5, 7
    600 - 700 3, 8 20 - 600 5, 5
    700 - 800 3, 0 20 - 700 5, 3

     

    Досвід показує, що лінійні розміри твердих тіл при нагріванні збільшуються (за рідкісним виключенням) згідно із законом:

    де: l - довжина тіла при температурі t, l 1 - довжина тіла при температурі t 1, α - температурний коефіцієнт лінійного розширення твердого тіла.

     

    Якщо l 1 − початкова довжина тіла при температурі t 1, а Δ l = ll 1 − збільшення довжини тіла при нагріванні його на Δ t градусів, то α характеризує відносне видовження тіла, яке відбувається при його нагріванні на один градус,:

     

    , (1)

     

    Довжина тіла при температурі t визначається формулою

     

    (2)

     

    В цьому випадку l 0 − довжина тіла при температурі 0°С.

    Коефіцієнт лінійного розширення залежить від природи речовини, його чисельне значення звичайне мала величина близько (10-5 ÷ 10-6)·1/оС.

    При зміні температури в широкому інтервалі коефіцієнт лінійного розширення

    росте із збільшенням температури. В інтервалі температур, досліджуваному в цій роботі, коефіцієнт лінійного розширення можна вважати величиною постійною. Одержимо розрахункову формулу для визначення коефіцієнта лінійного розширення, використовуючи рівняння (2).

     

    Довжина тіла при температурі t1:

    . (3)

     

    Довжина цього ж тіла при температурі t2:

    (4)

    Вирішуючи систему двох рівнянь, отримаємо:

    (5)

    Подовження Δ l зразка визначають експериментально, нагріваючи його від початкової температури t 1 до температури t 2, а потім розраховують коефіцієнт лінійного розширення. Оскільки подовження Δ l < < l, то можна вважати, що l 2l 1, і для розрахунку використовують формулу:

    (6)

     

    Теплове розширення тіл враховується при конструюванні усіх установок, приладів, машин, що працюють в змінних температурних умовах.

     

    Порядок виконання роботи

    1. Виміряти довжину l 1 зразка штангенциркулем. Помістити зразок в дилатометр.

    2. Привести в контакт кварцовий стрижень із зразком і індикатор. Зафіксувати індикатор. Записати покази індикатора Ci.

    3. Ввімкнути нагрівач і встановити заданий струм.

    4. Зняти відлік подовження N зразка по індикатору і вимкнути нагрівач.

    5. Результати дилатометричних визначень записуємо до таблиці (рис.4):

     

     

    Рис.4.

     

    6. Побудувати графіки залежностей , (Рис.5 - 7).

    7. Використовуючи МНК розрахувати коефіцієнти лінійного розширення за формулою (6).

    Для визначення КЛТР формула (6) за лінійною апроксимацією () перетворюється після диференціювання у

    Тоді КЛТР буде визначатися відношенням (рис.5).

    Для квадратичної апроксимації () похідна буде:

     

     

    i, відповідно, ТКЛР: (рис.6).

     

    Якщо видовження визначати у мікрометрах, а довжину зразка в метрах, то КЛТР визначається як число помножене на 10-6.

    На рис.7. показана залежність температури від часу нагріву.

     

    Рис.5.

     

    Рис.6.

     

     

    Рис.7.

     

    8. Абсолютна похибка коефіцієнта лінійного розширення α визначається похибками приладів, оскільки для кожного зразка розрахунки проводилися за результатами одного виміру. В цьому випадку:

    де: Δ t − похибка приладу для виміру температури;

    Δ l 1 − похибка приладу для виміру довжини зразка;

    Δ (Δ l1) − похибка приладу для виміру подовження.

     

    Для нашого випадку:

    Δ t =1 с

    Δ l 1 =0, 1 мм

    Δ (Δ l1) =10-6 мкм.

     

    Рис.8.

    9. Записуємо остаточні результати у стандартному вигляді ():

     

    10. Розраховуємо відносну похибку вимірів.

     

     







    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.