To tylko jedna z 8 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Ćwiczenie 29
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA
ROZSZERZALNOŚCI CIEPLNEJ METODĄ
ELEKTRYCZNĄ
Cel ćwiczenia: pomiar wydłużenia względnego drutu w funkcji temperatury
oraz wyznaczenie liniowego współczynnika rozszerzalności cieplnej.
Zagadnienia: oddziaływania międzyatomowe w ciele stałym, zjawisko
rozszerzalności cieplnej, współczynnik rozszerzalności termicznej,
zasada działania termopary (patrz ćwiczenie 20).
29.1. Wprowadzenie
Zjawisko rozszerzalności cieplnej polega na zmianie rozmiarów ciał
spowodowanej zmianą temperatury. Zwiększonym rozmiarom ciała
odpowiada w obrazie mikroskopowym większa średnia odległość między
jego atomami. Wzrost średnich odległości międzyatomowych, towarzyszący
wzrostowi temperatury ciała, znajduje uzasadnienie w charakterze
wzajemnych oddziaływań między atomami tego ciała.
Doświadczenie wskazuje na istnienie między atomami ciał stałych,
cieczy i gazów zarówno sił przyciągania, jak i odpychania. Zależność tych
sił od wzajemnej odległości między atomami jest różna dla sił przyciągania
i odpychania. Dla bardzo małych odległości przeważają siły odpychania, dla
większych - przyciągania. Przykładowy przebieg zależności sił przyciągania
F1 i odpychanie F2 od wzajemnej odległości między dwoma
oddziałującymi atomami przedstawiono na rys. 29.1. Na rysunku tym
pokazano również zależność siły wypadkowej F = F1 + F2 od odległości
1
między atomami. Dla r = r0 siły F1 i F2 równoważą się wzajemnie i siła
wypadkowa F = 0 . Gdy odległość między sąsiadującymi atomami staje się
mniejsza od r0 , przeważają siły odpychania; gdy odległość ta jest większa
od r0 - przeważają siły przyciągania. W ten sposób r0 jest odległością
między atomami, odpowiadającą stanowi równowagi, w jakiej
znajdowałyby się atomy wówczas, gdyby nie było ruchu cieplnego
zakłócającego równowagę.
Rys. 29.1.
Siły oddziaływań międzyatomowych
w funkcji odległości między cząsteczkami: 1 - siły przyciągania F1 , 2 - siły
odpychania F2 ,, 3 - wypadkowa sił
F1 i F2
Rys. 29.2.
Siły oddziaływań i odpowiadające im
energie potencjalne; a i b - siła harmoniczna i odpowiadająca jej energia potencjalna, c i d - siła anharmoniczna i odpowiadająca jej energia potencjalna
Ze wzrostem temperatury zwiększa się amplituda drgań poszczególnych
atomów. Gdyby wychylenia z położenia równowagi były w obydwie strony
jednakowe, średnia odległość między atomami byłaby niezależna od
amplitudy drgań i równa r0 . Samo zwiększenie amplitudy drgań nie
prowadziłoby zatem do zwiększenia objętości ciała. Sytuacja taka
wystąpiłaby wówczas, gdyby zależność siły wypadkowej działającej na
atom wychylony z położenia równowagi od wielkości tego wychylenia była
liniowa, jak na rys. 29.2a. Wówczas krzywa przedstawiająca zależność
energii potencjalnej od wzajemnej odległości między atomami byłaby
2
symetryczna względem osi O', przechodzącej przez punkt r0 na rys. 29.2b.
W rzeczywistości jednak siła przywracająca atom do położenia równowagi
nie ma przebiegu liniowego w otoczeniu punktu r0 , czego konsekwencją
jest
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)