определение коэффициента объемного расширения жидкости

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Т–7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО
РАСШИРЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Оборудование: прибор Дюлонга и Пти, кипятильник, сосуд для
стока воды, барометр, термометр.
При нагревании жидкости наблюдается увеличение ее объема,
характеризующееся коэффициентом объемного расширения.
Под коэффициентом объемного расширения понимают
отношение приращения объема жидкости при увеличении
температуры на один градус к первоначальному объему, взятому при 0С,
то есть:

V  V0
,
V0 t
(1)
где V0 – объем жидкости при 0С,
V – объем жидкости при температуре t,
 – коэффициент объемного расширения жидкости,
t
– температура, до которой нагрета жидкость.
Для определения коэффициента объемного расширения необходимо
определить изменение объема жидкости. Однако видимое изменение
объема жидкости объясняется не только расширением, но и изменением
объема сосуда при нагревании, что затрудняет применение формулы (1)
при определении коэффициента объемного расширения.
Дюлонг и Пти предложили метод определения коэффициента
объемного расширения жидкости, основанный на законе равновесия
разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах.
Как известно, высоты двух разнородных жидкостей в
сообщающихся сосудах обратно пропорциональны плотностям этих
жидкостей, то есть:
h1 2

,
h2
1
где h1
h2
1
2
(2)
– высота столба жидкости в левом колене,
– высота столба жидкости в правом колене,
– плотность жидкости в левом колене,
– плотность жидкости в правом колене.
1
Если в сосуд U-образной формы налить жидкость и поддерживать
различную температуру в правом и левом коленах, то плотность
жидкости в обоих коленах будет неодинакова, так как она зависит от
температуры:

0
,
1 t
(3)
где 0 – плотность жидкости при 0C,
 – плотность жидкости при tC,
 – коэффициент объемного расширения жидкости.
Учитывая соотношения (2) и (3), можно записать:
0
0
h1

:
,
h2 1   t 2 1   t 1
откуда найдем
β
h2  h1
Δh

.
h1 t 2  h2 t1 h1 t 2  h2 t1
(4)
Так как коэффициент объемного расширения зависит (хотя и
незначительно) от температуры, то формула (4) дает нам его среднее
значение в определенном интервале температур.
В нашей работе формула (4) является расчетной для .
Прибор Дюлонга и Пти (рис. 1) представляет собой
U-образную трубку, заполненную испытываемой жидкостью.
Оба колена помещены в стеклянные цилиндры 1. Через один из них
пропускают пары кипящей воды, поступающие из кипятильника.
Разность высот жидкости в нагретом и ненагретом коленах отсчитывают
по миллиметровой шкале 2.
ЗАДАНИЕ И ОТЧЕТНОСТЬ
1. Ознакомьтесь с установкой. Под нижнюю трубочку правого
цилиндра подставьте сосуд для стока воды, образующейся при
конденсации пара.
2. Включите нагревательную плитку, доведите воду в колбе до
кипения.
3. Когда высота жидкости в правом колене перестанет
изменяться, определите по миллиметровой шкале разность уровней
h=h 2 -h 1.
4. Замерьте высоту столба жидкости в ненагретом колене от уровня
K до уровня M (рис. 1).
2
5. Определите по барометру атмосферное давление P0.
6. Определите комнатную температуру t1, а температуру t2 – по
таблице 1 с учетом атмосферного давления.
7. Вычислите значение  по формуле (4).
8. Запишите результаты в таблицу 2.
1
2
уровень М
уровень К
Рис. 1
Прибор Дюлонга и Пти
3
Таблица 1
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ ВОДЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ
P,
мм рт.ст.
680
685
690
695
700
705
710
715
720
t, C
96,91
97,12
97,32
97,51
97,71
97,91
98,10
98,30
98,49
P,
мм рт.ст.
725
730
735
740
745
750
755
760
765
t, C
98,68
98,88
99,07
99,25
99,44
99,63
99,82
100,00
100,18
P,
мм рт.ст.
770
775
780
785
790
795
799
t, C
100,37
100,35
100,73
100,91
101,09
101,27
101,41
Таблица 2
h1, мм
h, мм
h2=h1+h, мм
P0,
мм рт. ст.
t1, C
t2, C
, K-1
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что является основным преимуществом метода Дюлонга и Пти
по сравнению с другими методами определения коэффициента ?
2. Как атмосферные явления влияют на точность результата при
определении  методом Дюлонга и Пти?
3. Объясните с точки зрения молекулярно-кинетической теории
тепловое расширение тел.
РАСЧЕТЫ И ВЫВОДЫ
4