1.    Teoria

Rozszerzalność termiczna ciał – jest to zmiana temperatury ciała występująca podczas jego ogrzewania lub oziębienia połączona ze zmianą objętości.

Atomy w ciele stałym znajdują się w regularnych od siebie odstępach i drgają wokół położenia równowagi w każdej, nawet w bardzo niskiej temperaturze. Amplituda tych drgań wynosi około 10-9 cm, a ich częstość około 1013 drgań/s. Gdy temperatura wzrasta, amplituda drgań atomowych wzrasta również, a położenia równowagi drgających atomów przesuwają się na nowe, zwiększone odległości. Powoduje to rozszerzenie się całego ciała. Zmianę liniowych wymiarów ciała stałego, takich jak długość, szerokość, wysokość nazywamy rozszerzalnością liniową. Jeżeli ciało w temperaturze początkowej t0 ma długość l0, a po ogrzaniu do temperatury t1ma długość l1, to nastąpił przyrost długości Dl = l1 – l0. Przyrost długości Dl jest proporcjonalny do przyrostu temperatury Dt =  t1 – t0 i do długości początkowej l0. Wyrazić to można zależnością:

Dl = a · Dt · l0

Współczynnik proporcjalności a - jest to współczynnik rozszerzalności liniowej, stała charakteryzująca rozszerzalność termiczną danej substancji. Jego definicja matematyczna wyraża się wzorem:

a = Dl ¸ ( Dt · l0 )

Liczbowo współczynnik rozszerzalności jest równy przyrostowi jednostki długości pręta ogrzewanego o 1 K w obszarze temperatur od t0 do t1.

2.     Cel i przebieg ćwiczenia oraz opis układu pomiarowego

Celem doświadczenia jest wyznaczenie średniego współczynnika rozszerzalności liniowej dla danego materiału.

W celu wykonania tego doświadczenia potrzebne są pręty metalowe wraz ze szklanymi obudowami, które należy umieścić w przyrządzie. Następnie ustalamy i notujemy początkowe położenie wskazówki na tarczy czujnika ( S1 ). Mierzymy miarką milimetrową początkową długość pręta metalowego ( l1 ). Na termometrze odczytujemy temperaturę początkową ( T1 ) -   temperaturę otoczenia. Następnie ogrzewamy wodę w naczyniu do wrzenia i gdy z otworu rurki intensywnie wydobywa się para, odczytujemy położenie wskazówek czujnika na tarczy ( S2 ). Następnie obliczamy  Dl  ( ze wzoru Dl = S2 – S1 ), na koniec obliczamy współczynnik rozszerzalności liniowej  a [ ze wzoru a = Dl ¸ ( Dt · l0 ) ].

Schemat stanowiska badawczego:

1.     palnik gazowy

2.     naczynie z wodą

3.     rurka gumowa

4.     rurka szklana

5.     pręt metalowy

6.     czujnik zegarowy

7.     ramka montażowa

3.     Tabelka z pomiarami.

4.     Obliczenia.

DT =  T2 – T1

DT =  100 – 23

DT =  77

Dl = S2 – S1

I. Dl = 0,33 – 0 = 0,33

II. Dl = 0,64  - 0 = 0,64

III. Dl = 0,67 – 0 = 0,67

IV.  Dl = 0,26 – 0 = 0,26

a = Dl ¸ ( Dt · l0 )

I. a = 0,33 ¸ ( 77 · 40,5 ) = 0,000105 = 10,5 · 10-6

II. a = 0,645 ¸ ( 77 · 40,5 ) = 0,000206 = 20,6 · 10-6

III. a = 0,67 ¸ ( 77 · 40,5 ) = 0,000214 = 21,4 · 10-6

IV. a = 0,26 ¸...