Новый Эталон Килограмма
может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
Солнце Становится Ближе
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
Человек "Искрививший" Время
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
Что за Очки у Будущего?
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
Учитывая эффект расширения, необходимо быть очень точным. При этом важно знать коэффициент линейного расширения используемого материала.
Он определяется как относительное увеличение единицы длины материала при повышении температуры на 1 К и обычно обозначается буквой α: α = увеличение длины / исходная длина х повышение температуры.
- подходящая длина стержня (или полой трубы) из металла ~ 500 мм;
- микрометр или сферометр для точного измерения расширения, которое составляет ~ 1 - 2 мм;
- камера, в которой металл должен быть нагрет до возможно более высокой температуры;
- разумное время нагрева, за которое прибор надежно достигает конечной температуры.
Строго говоря, исходная длина должна быть длиной при 0 °С, обозначаемой как Ɩ0. Конечная длина Ɩ0 - это длина при θ °С, ΔƖ = Ɩ0 - Ɩ0 – увеличение длины. Изменение температуры Δθ будет одним и тем же вне зависимости от того, измеряется ли она по шкале Цельсия или Кельвина Δθ °С = Δθ К.
Отсюда α = ΔƖ / Ɩ0Δθ. Если эксперимент начинается при 0 °С, то
Проведем эксперимент, чтобы определить коэффициент линейного расширения металла. Существует много различных видов приборов для этого опыта. Опишем лишь один из них. Требования к прибору следующие: Завинтите М до упора и снимите показание микрометра. Разность между двумя показаниями микрометра дает ΔƖ, а разность между двумя показаниями термометра — Δθ. Тогда α = ΔƖ / Ɩ0Δθ . Изоляция камеры помогает получить стабильные показания термометра.
А — это стержень, коэффициент линейного расширения которого нужно определить. Измерьте его длину при помощи измерительной линейки с точностью до одного миллиметра. Эта длина составляет примерно 500 мм. Затем поместите его в камеру, как показано на рисунке. Оба конца В камеры подвижны и имеют углубления, в которые упираются заостренные концы стержня А. Поместите изолированную войлоком камеру на цельнометаллическую подставку и установите винт микрометра М на нулевое деление. Зажмите винт С, не прилагая излишнего усилия, так, чтобы стержень не прогнулся. Ослабьте винт М и снимите показание термометра. Затем пропускайте через камеру пар до тех пор, пока не установится постоянное показание термометра. Запишите его постоянное показание.
Обычно при вычислениях принимают исходную длину ΔƖ за длину при комнатной температуре. Ошибка при этом мала, и на этом уровне обучения ею обычно пренебрегают.
Вы можете таким способом определить коэффициент линейного расширения различных материалов. Размерность коэффициента линейного расширения K-1. Бетон имеет коэффициент линейного расширения 10 - 14 х 10-6 K-1. Следует отметить, что инвар - сплав железа с никелем - имеет очень малый коэффициент линейного расширения.
Понятно, что при использовании инвара требуются незначительные поправки на расширение. Платина и натриевое стекло имеют примерно равные коэффициенты линейного расширения. Это удобно для впаивания платиновой проволоки в такое стекло.
Изменение температуры не окажет воздействия на перемычку, поскольку составляющие его части расширяются и сжимаются в равной степени. Если использовать алюминиевую проволоку для впаивания в стекло при большой температуре, то после охлаждения проволока сожмется больше, чем отверстие в стекле, будет иметь меньший диаметр и выпадет.
Вызывает затруднение вопрос, увеличивается или уменьшается отверстие в металлической пластине при повышении ее температуры. Часто неправильно отвечают, что размеры отверстия уменьшатся, поскольку металл расширяется во всех направлениях.
Исследование. Определить направление расширения
Металлическая болванка, изображенная на рисунке, плотно входит в выемку металлического шаблона, когда температура их одинакова. И то и другое сделано из одного металла. Хорошо нагрейте шаблон на газовой горелке. Теперь болванка свободно войдет в выемку. Это показывает, что размеры выемки увеличились. Наоборот, если вы поместите шаблон на несколько минут в сосуд со льдом, а болванка останется при комнатной температуре, то она не войдет в выемку, поскольку размеры выемки сократились. Если болванка и шаблон будут иметь одинаковую температуру, то болванка всегда точно войдет в выемку.
