ضریب انبساط طولی جامدات

ضریب انبساط طولی جامدات:

هدف:تعیین ضریب انبساط طولی جامدات

یکی از انواع انرژی ,انرژی گرمایی است .اگر جسمی انرژی گرمایی دریافت کند دچار تغییر دما و تغییر حجم ,تغییر حالت و شکل و یا تغییر ماهیت خواهد شد.هنگامی که دما افزایش می یابد,فاصله متوسط بین مولکولی افزایش یافته و این امر موجب انبساط تمامی جسم می گردد.تغییر هر بعد جسم جامد مانند طول , عرض یا ضخامت (ارتفاع) را یک انبساط خطی می نامند.اگر طول این بعد خطی l باشد تغییر طول ناشی از تغییر دمای ΔT برابر Δl خواهد بود.به صورت تجربی مشخص شده است که اگر ΔT به قدر کافی کوچک باشد تغییر طول با تغییر دما و طول اولیه متناسب است.در نتیجه:

ΔllΔT

ضریب این تناسب ,λ ضریب انبساط خطی (طولی) نام دارد و طبق رابطه ی:

λ=Δl/l  × 1/ΔT

عبارت است از تغییر نسبی طول به ازای یک درجه تغییر دما(تغییر واحد طول جسم جامد به ازای یک درجه تغییر دما) در جامدات همسانگرد تغییر نسبی طول به ازای یک تغییر دمای معین در تمام جهات جسم یکسان است پس برای یک جسم جامد همسانگرد تغییر نسبی مساحت به ازای یک درجه تغییر دما با دقت خیلی خوبی برابر با 2α است:

[vip-members]

ΔA=2λAΔT                           (انبساط سطحی جامد :ΔA)

و تغییر نسبی حجم نیز به ازای یک درجه تغییر دما برای یک جسم جامد همسانگرد مساوی با 3α است:

ΔV=3λVΔT                                 (تغییر حجم جسم: ΔV)

 بنابراین برای جامدات از جنس های مختلف با دانستن ضریب انبساط طولی می توان علاوه بر مشخص کردن تغییر طول , تغییر مساحت یا حجم آن ماده را نیز با تغییر دما بررسی نمود .پس ضریب انبساط طولی یکی از مشخصات ماده محسوب می شود که برای مواد مختلف دارای مقادیر متفاوت و نسبتا ثابتی است.ضریب انبساط طولی مواد مختلف اعدادی از مرتبه ی اعدادی از مرتبه ی حدود 10-5 بر حسب واحدهای  1/0C و 1/0K است.معمولا زمانی که یکی از ابعاد جسم جامد در مقایسه با دو بعد دیگر خیلی بزرگ باشد,فقط تغییر همان بعد جسم(طول) مورد بررسی قرار می گیرد و هنگامی که یک بعد در مقایسه با دو بعد دیگر خیلی کوچک باشد,معمولا تغییر مساحت بررسی می شود.

روش انجام آزمایش:

برای تعیین ضریب انبساط طولی از یک میله یا لوله فلزی استفاده می شود.

لوله را در دستگاه اندازه گیری ضریب انبساط طولی قرار دهید.

دمای اولیه لوله (محیط) θ0 را با ترمومتر اندازه گیری کنید.

در داخل مخزن دستگاه تولید بخار تا 1/3 حجم آن آب بریزید .دستگاه را ببندید و آن را روی یک اجاق برقی (هیتر) قرار دهید.

شیلنگ دستگاه تولید بخار را به انتهای باز لوله وصل کنید(توجه داشته باشید که شیلنگ نباید خمیدگی داشته باشد تا بخار به راحتی از آن عبور کند,برای این منظور می توانید از یک پایه و گیره استفاده کنید به این ترتیب که شیلنگ را از گیره عبور داده و گیره را به پایه متصل کنید و تا ارتفاع دلخواه تنظیم کنید تا مانع خمیدگی شیلنگ و همچنین مانع تماس شیلنگ با هیتر شوید)

در انتهای بسته لوله یک لوله جانبی کوچک برای خروج بخار قرار داده شده,یک بشر زیر لوله ی خروج بخار قرار دهید تا آب خارج شده را جمع آوری کنید.

حال لوله را در پایه ی اول تعبیه شده روی دستگاه طوری قرار دهید که زائده ریزسنج عقربه دار با سر بسته ی لوله در تماس باشد ولی در این حالت عقربه کوچک ریزسنج نباید منحرف شده باشد.

لوله را در یکی دیگر از پایه های دستگاه طوری محکم کنید که لوله به هیچ عنوان نتواند در آن پایه حرکت کند در صورت نیاز می توانید از واشر استفاده کنید.حال طول اولیه لوله (فاصله ی بین دو  پایه) را یادداشت کنید(در صورتی که می خواهید طول اولیه میله مثلا 20cm  یا 60cm باشد می توانید از پایه های مربوطه استفاده کنید).لوله باید کاملا محکم شده باشد طوری که در راستای افق جابه جا نشود حال قاب, صفحه ی ریزسنج را بچرخانید تا عقربه ی بزرگ ریزسنج هم روی صفر قرار گیرد .پس از تنظیم دستگاه از حرکت دادن و ضربه زدن به میز کار,لوله دستگاه جدا خودداری فرمایید.

هیتر را روشن کنید و منتظر تولید بخار باشید.با عبور بخار از لوله ,لوله به تدریج گرم و منبسط می شود.در ابتدا از لوله ی جانبی خروج بخار ,آب و بخار خارج می شود باید آنقدر صبر کنید تا بخار خشک از لوله خارج شود.

اگر در مدت عبور بخار از لوله و گرم شدن آن به عقربه ریزسنج توجه کنید متوجه افزایش طول لوله خواهید شد .اما این افزایش طول تا زمانی ادامه پیدا می کند که لوله با بخار آب هم دما شود و در این هنگام از لوله ی جانبی فقط بخار خارج خواهد شد.

حسگر دماسنج را جلوی لوله خروج بخار بگیرید و دمای بخار آب را بخوانید این دما همان دمای ثانویه لوله ,θ است.افزایش طول لوله Δl را نیز از روی ریزسنج بخوانید.در این صورت می توانید با استفاده از رابطه :

λ=1/l0  ×  Δl/(θ – θ0)

ضریب انبساط طولی لوله را تعیین کنید.

توجه کنید که در رابطه فوق l0  و Δباید واحد یکسانی داشته باشند تا در نهایت λ بر حسب 1/0C و 1/0K تعیین گردد.

آزمایش را میتوانید برای l0 = 20cm و 60cm نیز تکرار کنید و از λهای به دست آمده میانگین بگیرید.از روی عدد به دست آمده برای ضریب انبساط طولی  میانگین میتوانید با مراجعه به جدول ضریب انبساط طولی مواد مختلف جنس لوله را تشخیص دهید .خطای اندازه گیری خود را با مقایسه اعدادی که به دست آورده اید با عددی که به عنوان مقدار واقعی از جدول استخراج نموده اید به دست آورید.

 جدول ضریب انبساط طولی

[/vip-members]

0

افزودن نظر