Обработка результатов измерений

Внимание! При работе некоторые части установки нагреваются до очень высокой температуры. Будьте предельно осторожны, чтобы не получить ожег. Не наклоняйтесь над установкой! Строго придерживайтесь указаний по выполнению работы.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ п/п	l 1, м	l 2 – l 1, 10^-3 м	t 1, ^0C	t 2, ^0C	a, K^-1	Da, K^-1	, %

2. Наполните водой комнатной температуры пробирки из комплекта принадлежностей прибора на половину объёма.

3. Измерьте длину l ₁ испытуемых стержней и результаты занесите в таблицу.

4. Опустите в каждую пробирку по испытуемому стержню сферическим концом вниз и поместите на штатив.

5. Включите прибор в электрическую сеть 220 В.

6. Отведите индикатор 11 на четверть оборота в сторону до упора.

7. Лабораторным термометром замерьте температуру t ₁ воды в одной из пробирок.

8. Пробирку с испытуемым стержнем через резиновую прокладку и отверстие в крышке 5 прибора введите в нагреватель 3.

9. Оттяните шток индикатора 11 вверх, установите индикатор 11 над пробиркой (поверните кронштейн 10 в прорези до упора) и опустите шток в углубление на торце стержня. Кронштейн 10 зафиксируйте винтом.

10. Заметьте положение стрелки на шкале индикатора (для первого опыта стрелку лучше ставить на нулевую отметку).

11. Включите питание прибора кнопочным выключателем. При этом должна загореться индикаторная лампа.

12. Измерьте увеличение длины l ₂ – l ₁ образца по отклонению стрелки индикатора от первоначального положения при температуре кипения воды (при закипании воды в пробирке испытуемый образец принимает температуру, равную температуре кипения воды). Запишите результаты измерений в таблицу.

Отсчет вести с точностью до половины деления шкалы индикатора.

Температуру кипения t₂ принять равной 100⁰С.

13. Кнопочным выключателем отключите питание прибора.

14. Отведите индикатор 11 на поворотном кронштейне 10 в сторону до упора, предварительно оттянув шток индикатора 11 вверх.

15. Извлеките из прибора нагретую пробирку и поместить ее в штатив.

16. Повторить операции пунктов 6-15 для остальных образцов.

Внимание! Поскольку дальнейшая работа проводится при нагретом приборе, во избежание заметных искажений в замерах время с момента помещения пробирки в зону нагрева до фиксации первоначального положения стрелки индикатора не должно превышать 40 секунд.

1. По формуле (4) рассчитайте коэффициент линейного расширения для различных образцов с точностью до 10^-6 К^-1. Результаты расчетов занесите в таблицу.

2. Определите относительную и абсолютную погрешности измерений для каждого образца по формулам:

За истинные значения примите табличные значения коэффициента линейного расширения для соответствующего материала (прил. 9).

3. Запишите результаты вычислений в таблицу.

4. Сделайте вывод о том, почему экспериментальные данные не совпадают с табличными.

Контрольные вопросы

1. Объясните, почему увеличиваются линейные размеры твердых тел при их нагревании.

2. Объясните, почему увеличиваются линейные размеры жидких тел при их нагревании.

3. Почему некоторые вещества в разные стороны расширяются неодинаково?

Приложение

1. Основные физические постоянные (значения округленные)

Физическая величина	Обозначение	Числовые значения
Ускорение свободного падения	g	9,81 м/c^2
Гравитационная постоянная	G	6,67 ·10^-11м^3/(кг·с^2)
Постоянная Авогадро	NA	6,02 ·10^23 моль^-1
Молярная газовая постоянная	R	8,31 Дж/(К· моль)
Постоянная Больцмана	k	1,38·10^-23 Дж/К
Молярный объем газа при нормальных условиях	Vm	22,4·10^-3м^3

2. Плотность некоторых твердых тел при 20^оC, кг/м³

Металлы и их сплавы
Алюминий		Платина
Дюралюминий	2600-2900	Сталь	7600-7900
Железо		Серебро
Золото		Свинец
Латунь	8200-8800	Цинк
Медь		Чугун белый	7600-7800
Неметаллы
Алмаз		Стекло оконное	2400-2700
Винипласт	1350-1400	Текстолит	1300-1400
Гранит	2500-3000	Пробка	220-260
Мрамор	2600-2800	Фторопласт	2100-2300
Оргстекло		Эбонит	1100-1200
Дерево сухое
Береза		Клен
Бук		Липа
Дуб		Лиственница
Ель		Осина
Кедр		Сосна

3.Плотность жидкостей при 20^оC, кг/м³

Вода		Касторовое масло
Ртуть	13600	Спирт	800
Глицерин	1260	Ацетон

4. Приставки для образования кратных и дольных единиц

Приставки кратных единиц	Отношение к основной единице	Обозначение (русское)	Приставки дольных единиц	Отношение к основной единице	Обозначение (русское)
Экса	10^18	Э	деци	10^-1	д
Пэта	10^15	П	санти	10^-2	с
Тера	10^12	Т	милли	10^-3	м
Гига	10^9	Г	микро	10^-6	мк
Мега	10^6	М	нано	10^-9	н
Кило	10^3	к	пико	10^-12	п
Гекто	10^2	г	фемто	10^-15	ф
Дека	10^1	да	атто	10^-18	а

5. Моменты инерции некоторых тел

Материальной точки
Сплошного цилиндра или диска относительно оси, совпадающей с геометрической осью
Однородного тонкого стержня относительно оси, проходящей через центр
Однородного стержня относительно оси, проходящей через один из концов
Однородного шара

6. Объем некоторых геометрических фигур

Фигура	Объем V
1. Куб	, ребро
2. Прямоугольный параллелепипед	, ребра (длина, ширина, высота)
3. Цилиндр	, радиус основания цилиндра; высота цилиндра
4. Полый цилиндр (труба)	, внутренний радиус основания; внешний радиус основания; высота
5. Шар	, радиус шара; диаметр шара

7. Вязкость воды при различных температурах

t, ºС
η, мкПа·с

8. Вязкость жидкостей при различных температурах (10^-2 Па·с)

Жидкость	t, ºС
Бензол	0,076	0,065	0,056	0,0436	0,035	—
Касторовое масло		98,7	45,5	12,9	4,9	—
Трансформаторное масло	4,2	1,98	1,34	0,64	0,38	0,213

9. Коэффициент линейного расширения твердых тел
(для температур около 20ºС)

Вещество	α, 10^-6 К^-1
Алюминий	22,9
Бронза	17,5
Дерево (вдоль волокон)	2-6
Дерево (поперек волокон)	50-60
Дюралюминий	22,6
Инвар (36,1% Ni)	0,9
Латунь	18,9
Медь	16,7
Свинец	28,3
Сталь углеродистая	11,1-12,6
Эбонит

10. Поверхностное натяжение жидкостей (при 20°С)

Вещество	a, мН/м
Ацетон	23,7
Вода	72,8
Глицерин	59,4
Керосин	28,9 (0°С)
Масло касторовое	36,4 (18°С)

11. Парциальное давление (р_н, Па) и плотность

водяного пара (ρ_н, г/м³) при различных температурах

t,°C	ρн, г/м^3	рн, Па	t,°C	ρн, г/м^3	рн, Па
-10	2,14			9,4
-9	2,33			10,0
-8	2,54			10,7
-7	2,76			11,4
-6	2,99			12,1
-5	3,24			12,8
-4	3,51			13,6
-3	3,81			14,5
-2	4,13			15,4
-1	4,47			16,3
	4,84			17,3
	5,2			18,3
	5,6			19,4
	6,0			20,6
	6,4			21,8
	6,8			23,0
	7,3			24,4
	7,8			25,8
	8,3			27,2
	8,8			28,7

12. Психрометрическая таблица

Показания сухого термометра, °С	Разность показаний сухого и влажного термометров, °С
Относительная влажность, %
											–

13. Таблица синусов некоторых углов

▼	0'	10'	20'	30'	40'	50'	60'
0°	0,0000	0,0029	0,0058	0,0087	0,0116	0,0145	0,0175
1°	0,0175	0,0204	0,0233	0,0262	0,0291	0,0320	0,0349
2°	0,0349	0,0378	0,0407	0,0436	0,0465	0,0494	0,0523
3°	0,0523	0,0552	0,0581	0,0610	0,0640	0,0669	0,0698
4°	0,0698	0,0727	0,0756	0,0785	0,0814	0,0843	0,0872
5°	0,0872	0,0901	0,0929	0,0958	0,0987	0,1016	0,1045
6°	0,1045	0,1074	0,1103	0,1132	0,1161	0,1190	0,1219
7°	0,1219	0,1248	0,1276	0,1305	0,1334	0,1363	0,1392
8°	0,1392	0,1421	0,1449	0,1478	0,1507	0,1536	0,1564
9°	0,1564	0,1593	0,1622	0,1650	0,1679	0,1708	0,1736
10°	0,1736	0,1765	0,1794	0,1822	0,1851	0,1880	0,1908
11°	0,1908	0,1937	0,1965	0,1994	0,2022	0,2051	0,2079
12°	0,2079	0,2108	0,2136	0,2164	0,2193	0,2221	0,2250
13°	0,2250	0,2278	0,2306	0,2334	0,2363	0,2391	0,2419
14°	0,2419	0,2447	0,2476	0,2504	0,2532	0,2560	0,2588
15°	0,2588	0,2616	0,2644	0,2672	0,2700	0,2728	0,2756
16°	0,2756	0,2784	0,2812	0,2840	0,2868	0,2896	0,2924
17°	0,2924	0,2952	0,2979	0,3007	0,3035	0,3062	0,3090
18°	0,3090	0,3118	0,3145	0,3173	0,3201	0,3228	0,3256
19°	0,3256	0,3283	0,3311	0,3338	0,3365	0,3393	0,3420
20°	0,3420	0,3448	0,3475	0,3502	0,3529	0,3557	0,3584
21°	0,3584	0,3611	0,3638	0,3665	0,3692	0,3719	0,3746
22°	0,3746	0,3773	0,3800	0,3827	0,3854	0,3881	0,3907
23°	0,3907	0,3934	0,3961	0,3987	0,4014	0,4041	0,4067
24°	0,4067	0,4094	0,4120	0,4147	0,4173	0,4200	0,4226
25°	0,4226	0,4253	0,4279	0,4305	0,4331	0,4358	0,4384
26°	0,4384	0,4410	0,4436	0,4462	0,4488	0,4514	0,4540
27°	0,4540	0,4566	0,4592	0,4617	0,4643	0,4669	0,4695
28°	0,4695	0,4720	0,4746	0,4772	0,4797	0,4823	0,4848
29°	0,4848	0,4874	0,4899	0,4924	0,4950	0,4975	0,5000
30°	0,5000	0,5025	0,5050	0,5075	0,5100	0,5125	0,5150

Библиографический список:

1. Курс физики: Учеб. пособие для вузов / Грабовский Р.И. 6-е изд. – СПб.: Изд.-во «Лань», 2002. – 608 с.

2. Зайдель Е.А. Элементарные оценки ошибок измерений. М: Нау­ка, 1967. С. 87-416.

3. Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Про­хорова. М.: Сов. энцикл., 1983. 928 с.

4. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова. Изд. 9-е, перераб. и доп. М.: Изд.-ий центр «Академия», 2004. 560 с.

5. Курс физики: учеб. пособие для вузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. 4-е изд., испр.М.: Изд.-ий центр «Академия», 2003. 720 с.

6. Мягкий П.А. Молекулярная физика и термодинамика: практикум по физике / П.А. Мягкий, С.В. Макарычев, А.Д. Насонов. Барнаул: Изд.-во АГАУ, 2001. 75с.

Дата добавления: 2014-12-08