Thông tin tài liệu
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ SỰ DÃN NỞ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN VỚI BỘ THÍ NGHIỆM PHYWE Luận văn tốt nghiệp Ngành: Sƣ phạm Vật lý – Công nghệ Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths Lê Văn Nhạn Trần Thúy Hằng Mã số SV: 1117587 Lớp: TL1192A1 Khoá: 37 Cần Thơ, 2015 LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian dài nghiên cứu, tìm tòi học hỏi Cuối hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học Để có đƣợc thành đó, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ thầy cô bạn bè Lời cảm ơn xin gửi đến toàn thể quý thầy cô trƣờng Đại học Cần Thơ, đặc biệt thầy cô môn Vật lí dạy dỗ, tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu làm tảng cho Những kiến thức mà học đƣợc quý thầy cô tài sản vô quý giá góp phần hỗ trợ nghiên cứu hoàn thành luận văn Riêng thầy Ths-GVC Lê Văn Nhạn, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc Thầy không ngại mệt nhọc, khó khăn, vất vả dẫn góp nhiều ý kiến bổ ích giúp hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh chị trƣớc tất bạn bè khoa sƣ phạm tạo điều kiện, giúp đỡ nhiều việc tìm tài liệu nhƣ truyền đạt kinh nghiệm hữu ích trình nghiên cứu đề tài Cuối lời, xin kính chúc quý thầy cô bạn dồi sức khỏe công tác tốt Mặc dù cố gắng trình thực hoàn thiện luận văn nhƣng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tôi mong nhận đƣợc ý kiến quý thầy cô bạn bè để đề tài đƣợc phong phú hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Trân trọng! Sinh viên thực Trần Thúy Hằng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình nghiên cứu trƣớc Mọi tham khảo, trích dẫn đƣợc rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 24 tháng 04 năm 2015 Tác giả Trần Thúy Hằng MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Giả thuyết đề tài Mục đích nghiên cứu Phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu Các bƣớc tiến hành thực PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1:CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA CHẤT RẮN 1.1 Đối xứng tịnh tiến mạng Bravais 1.1.1 Đối xứng tịnh tiến 1.1.2 Mạng Bravais 1.1.3 Ô đơn vị ô sở 1.1.4 Các phép đối xứng mạng tinh thể 1.1.5 Các loại mạng Bravais 1.2 Kí hiệu mặt phẳng hƣớng tinh thể 1.2.1 Kí hiệu mặt phẳng 1.2.2 Kí hiệu hƣớng tinh thể 1.3 Mạng đảo 1.4 Các liên kết hóa học tinh thể 1.5 Nhiễu xạ sóng tinh thể CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VÙNG NĂNG LƢỢNG CỦA VẬTRẮN 2.1 Chuyển động electron trƣờng tuần hoàn tinh thể 2.1.1 Bài toán chuyển động electron trƣờng tuần hoàn 2.1.2 Năng lƣợng E 11 2.1.3 Dạng hàm sóng 12 2.2 Nguyên lí hình thành vùng lƣợng 13 2.3 Các mặt đẳng mặt Fermi 13 2.4 Một số tính chất điện tử chuyển động tinh thể 14 2.4.1Vận tốc điện tử 14 2.4.2 Chuẩn xung lƣợng điện tử tinh thể 15 2.4.3 Gia tốc khái niệm khối lƣợng hiệu dụng 15 CHƢƠNG 3: KHÍ ELECTRON TRONG KIM LOẠI 17 3.1 Lýthuyết cổ điển electron kim loại thiếu sót 17 3.1.1 Các giả thuyết thuyết electron cổ điển (Drude) 17 3.1.2 Giải thích định luật Ohm, định luật Joule - Lenz hiệu ứng Hall 17 3.2 Phân bố Fermi-Dirac 18 i 3.3 Lý thuyết lƣợng tử electron dẫn kim loại 18 CHƢƠNG 4: TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN 20 4.1 Sự từ hoá chất Từ trƣờng vật nhiễm từ 20 4.2 Từ tính nguyên tử 20 4.2.1 Mô men từ quĩ đạo nguyên tử 20 4.2.2 Mô men từ Spin nguyên tử 21 4.2.3 Mô men từ hạt nhân 22 4.2.4 Mô men từ tổng hợp nguyên tử 22 4.2.5 Sự phân loại vật liệu từ 22 4.3 Bản chất nghịch từ 22 4.4 Bản chất thuận từ 23 CHƢƠNG 5: DÃN NỞ VẬT CHẤT 24 5.1 Hệ số dãn nở nhiệt 24 5.1.1 Hệ số dãn nở thể tích 24 5.1.2 Hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài 24 5.1.3 Hệ số dãn nở diện tích 25 5.1.4 Hệ số dãn nở thể tích 25 5.2 Dãn nở nhiệt chất rắn 26 5.3 Dãn nở nhiệt chất khí 27 5.4 Dãn nở nhiệt chất lỏng 27 5.5 Dãn nở tƣơng đối tuyệt đối 27 5.6 Một số ứng dụng nở nhiệt 27 THỰC NGHIỆM .33 I MỤC ĐÍCH 33 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 33 Nguyên tắc 33 Thiết bị thí nghiệm 35 III HƢỚNG DẪN CÁC BƢỚC THỰC HÀNH 38 IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 39 KẾT LUẬN .50 ĐỀ XUẤT BÀI THỰC HÀNH 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 ii Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Từ xƣa đến tƣơng lai, “vật liệu” đặc biệt “vật liệu rắn” gắn liền với văn minh nhân loại Con ngƣời trải qua thời kỳ đồ đá, đồ đồng, đồ sắt…Nền văn minh đại dựa phát triển sử dụng nhiều vật liệu có tính đặc biệt Hiểu biết chúng cần thiết cho việc chế tạo vật liệu Ta biết khoa học kĩ thuật có ý tƣởng mà thực đƣợc thiếu vật liệu Chúng đòi hỏi tính chất đặc biệt nhƣ: Chịu nhiệt độ cao, áp suất cực lớn, điện trƣờng từ trƣờng cực mạnh… Việc sử dụng kiến thức đại Vật Lý học lƣợng tử, sâu vào nhiều khía cạnh: nhiệt học, điện học, quang học… vật rắn, tạo nên hệ thống kiến thức sâu sắc mặt nhằm giải thích dự đoán tƣợng có liên quan đến môi trƣờng vật chất cần thiết cập nhật với nhiều ứng dụng kĩ thuật đại Với tiến khoa học kĩ thuật nhƣ việc giảng dạy vấn đề cần phải rõ ràng xác Chính lí mà chọn đề tài: “Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe” để kiểm chứng lại kết mà nhà sản xuất Phywe đƣa Giả thuyết đề tài Có thể nghiên cứu kĩ dãn nở nhiệt chất rắn để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật chống lại tác hại chúng đời sống ngày Trƣớc hết ta cần nắm cấu trúc mạng tinh thể chất rắn, lý thuyết vùng lƣợng vật rắn, dãn nở vật chất Mục đích nghiên cứu Khảo sát dãn nở nhiệt chất rắn so sánh kết thí nghiệm với kết mà nhà sản xuất Phywe đƣa ra, từ thiết kế thí nghiệm khảo sát dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu: Đọc, tra cứu, sƣu tầm nghiên cứu nội dung lý thuyết có liên quan đến đề tài Xác định mục đích thí nghiệm, xây dựng tiến trình thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý nhận xét kết thí nghiệm Phƣơng tiện nghiên cứu: Các dụng cụ thí nghiệm thực đề tài Các loại sách, giáo trình, tài liệu có nội dung liên quan đến đề tài Mạng Internet GVHD: Lê Văn Nhạn Trang SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Các bƣớc tiến hành thực Bƣớc 1: Nhận đề tài Bƣớc 2: Nghiên cứu lý thuyết Bƣớc 3: Tiến hành đo đạc thực nghiệm Bƣớc 4: Thực viết đề cƣơng Bƣớc 5: Viết luận, chỉnh sửa, hoàn thiện viết Bƣớc 6: Viết báo cáo Bƣớc 7: Báo cáo luận văn GVHD: Lê Văn Nhạn Trang SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA CHẤT RẮN 1.1 Đối xứng tịnh tiến mạng Bravais 1.1.1 Đối xứng tịnh tiến Phép tịnh tiến T( r ) phép biến đổi mà sau điểm có tọa độ r1 đƣợc tịnh tiến véctơ r để trở thành điểm có tọa độ r1 r ; tức là: T( r ) : r1 r1 r (với r1 ) Nếu tinh thể, sau thực phép tịnh tiến mà nguyên tử dịch chuyển đến vị trí nguyên tử loại tinh thể chuyển sang vị trí mới, trùng khít với vị trí cũ ta nói tinh thể có đối xứng tịnh tiến Tinh thể lý tƣởng (hay hoàn hảo vô tận, tức nguyên tử đƣợc xếp cách trật tự đến vô hạn) có đối xứng tịnh tiến Tuy nhiên, tinh thể gián đoạn, nên xét theo phƣơng x đó, phải có véc tơ ngắn a x mà tinh thể bất biến ta tịnh tiến đoạn số nguyên lần a x (về hai phía), hay tinh thể có đối xứng tịnh tiến ta thực phép tịnh tiến T( nax ) , với n số nguyên (dƣơng, âm 0), a x đƣợc gọi véc tơ sở trục x [4] Do tinh thể chiều, tọa độ điểm không gian chiều đƣợc biểu diễn thông qua tọa độ trục tọa độ Nếu kí hiệu a1 , a2 , a3 véctơ sở tƣơng ứng trục tọa độ đƣợc chọn theo hƣớng x, y, z phù hợp với nhau, tinh thể có đối xứng tịnh tiến phép tịnh tiến T( R ) với : R n1a1 n2a2 n3a3 (1-1) Trong n1, n2, n3 số nguyên R đƣợc gọi véc tơ mạng Hình 1.1 Véc tơ tịnh tiến GVHD: Lê Văn Nhạn Trang SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Chú ý: - Ba hƣớng x, y, z phải đƣợc chọn phù hợp, không có điểm R bị bỏ sót - Không có cách chọn ba véc tơ a1 , a2 , a3 mà có nhiều cách chọn [4] 1.1.2 Mạng Bravais Mạng Bravais dùng để mô tả hình học mạng tinh thể Mạng Bravais tập hợp tất điểm có bán kính R đƣợc xác định theo (Hình 1.1) với a1 , a2 , a3 véc tơ sở hƣớng đƣợc chọn thích hợp Mỗi điểm đƣợc gọi nút mạng Bravais.Với cách xây dựng này, mạng Bravais mô tả đƣợc tính tuần hoàn tịnh tiến tinh thể.Có 14 loại mạng Bravais chia thành hệ Mạng Bravais mạng tinh thể thực Mạng tinh thể thực có đƣợc cách gắn tinh thể với mạng Bravais Mạng tinh thể thực cấu hình nguyên tử tƣơng ứng với nút mạng Bravais Ở nút mạng loại nguyên tử (tinh thể đơn giản nhất), vài loại, hàng trăm nguyên tử (nhƣ phân tử hữu cơ), chí gồm 104 nguyên tử (nhƣ tinh thể abumin) Trong vật lý chất rắn, chủ yếu nghiên cứu vật liệu vô cơ, nên xét tinh thể đơn giản Nếu tinh thể đƣợc cấu tạo từ loại nguyên tử trở lên, coi loại nguyên tử tạo nên mạng Bravais riêng (mạng con) Khi đó, mạng tinh thể gồm nhiều mạng Bravais giống hệt lồng vào để tiện cho việc nghiên cứu,với việc coi loại nguyên tử tạo nên mạng Bravais, ngƣời ta coi nguyên tử nằm nút mạng Bravais Các đƣờng thẳng chứa nút mạng gọi đƣờng mạng, đƣờng mạng song song với ứng với phƣơng mạng tinh thể Mặt phẳng chứa nút mạng gọi mặt phẳng mạng, mặt phẳng mạng song song với lập thành họ mặt phẳng mạng [4] 1.1.3 Ô đơn vị ô sở Ô đơn vị thể tích mà lặp lặp lại thể tích đƣợc toàn tinh thể (Hình 1.2) Hình 1.2 Ô đơn vị GVHD: Lê Văn Nhạn Trang SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Ô sở ô đơn vị tích nhỏ Ô sở thƣờng đƣợc tạo véc tơ sở đƣợc chọn theo hƣớng thích hợp Nếu hƣớng không thích hợp tạo đƣợc ô đơn vị Hình 1.3 Ô sở Việc tạo ô sở (Hình 1.3), nhiên ô sở tích Có cách đặc biệt để chọn ô sở (do Wigner- Seitz đề nghị): lấy nút mạng Bravais, vẽ mặt phẳng vuông góc qua điểm đoạn thẳng nối nút mạng với tất nút mạng lân cận với nó, hình không gian nằm mặt phẳng ô sở (Hình 1.4) Đây ô tích nhở mà lặp lặp lại cho toàn tinh thể.Với cách xây dựng nhƣ vậy, ô Wigner- Seitz có tính Mỗi mạng Bravais xây dựng đƣợc ô Wigner- Seitz, đồng thời với cách xây dựng ô Wigner- Seitz mang đầy đủ tính đối xứng tinh thể mà ô sở khác (đƣợc xây dựng từ véc tơ sở) nói chung [4] Hình 1.4 Ô Wigner- Seitz 1.1.4 Các phép đối xứng mạng tinh thể: Phép đối xứng tịnh tiến: Nếu sau phép biến đổi cứng (không làm thay đổi khoảng cách điểm tinh thể) đó, mạng tinh thể chuyển sang vị trí giống hệt nhƣ vị trí cũ (chỉ có đổi chỗ nguyên tử loại) phép biến GVHD: Lê Văn Nhạn Trang SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ Từ đồ thị ta tính đƣợc hệ số α: Lần đo i ( K 1 ) 2,08.10-5 2,10.10-5 2,13.10-5 2,16.10-5 2,18.10-5 GVHD: Lê Văn Nhạn ( K 1 ) ( K 1 ) ( K 1 ) 2,13.105 0,05.105 (2,13 0,05).105 Trang 41 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe 4.2 Đồng thau ( chiều dài ban đầu l0 = 600mm) Bảng Lần đo t(0C) 30.0 42.5 53.0 63.0 73.0 84.0 l(mm) 0.084 0.208 0.318 0.423 0.525 0.638 Từ bảng ta tính đƣợc giá trị Δt Δl ta đƣợc bảng Bảng Lần đo t 12.5 10.5 10.0 10.0 11.0 l 0.124 0.110 0.105 0.102 0.113 GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 42 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ Từ đồ thị ta tính đƣợc hệ số α: Lần đo i ( K 1 ) 1,65.105 1,75.105 1,75.105 1,70.105 1,70.105 GVHD: Lê Văn Nhạn ( K 1 ) ( K 1 ) ( K 1 ) 1,71.105 0,06.105 1,71 0,06.105 Trang 43 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe 4.3 Đồng ( chiều dài ban đầu l0 = 600mm) Bảng Lần đo t(0C) 33.5 42.5 53.0 63.0 73.0 84.5 l(mm) 0.080 0.162 0.255 0.354 0.448 0.548 Từ bảng ta tính đƣợc giá trị Δt Δl ta đƣợc bảng Bảng Lần đo t 9.0 10.5 10.0 10.0 11.5 l 0.082 0.093 0.099 0.084 0.100 GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 44 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình 10 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ Từ đồ thị ta tính đƣợc hệ số α: Lần đo i ( K 1 ) 1,52.105 1,48.105 1,60.10 5 1, 40.105 1,45.105 GVHD: Lê Văn Nhạn ( K 1 ) ( K 1 ) ( K 1 ) 1,50.105 0,10.105 1,50 0,10 105 Trang 45 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe 4.4 Thép ( chiều dài ban đầu l0 = 600mm) Bảng Lần đo t(0C) 31.5 42.5 53.0 63.0 73.5 84.5 l(mm) 0.033 0.106 0.173 0.234 0.302 0.375 Từ bảng ta tính đƣợc giá trị Δt Δl ta đƣợc bảng Bảng Lần đo t 11.0 10.5 10.0 10.5 11.0 l 0.073 0.067 0.061 0.068 0.073 GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 46 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình 11 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ Từ đồ thị ta tính đƣợc hệ số α: Lần đo i ( K 1 ) 1,11.105 1,06.105 1,02.105 1,08.105 1,10.105 GVHD: Lê Văn Nhạn ( K 1 ) ( K 1 ) ( K 1 ) 1,07.10 5 0,05.10 5 (1,07 + 0,05).10-5 Trang 47 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe 4.5 Thủy tinh ( chiều dài ban đầu l0 = 600mm) Bảng Lần đo t(0C) 30.0 42.5 53.0 63.5 73.5 84.0 l(mm) 0.127 0.141 0.156 0.172 0.188 0.205 Từ bảng ta tính đƣợc giá trị Δt Δl ta đƣợc bảng Bảng Lần đo t 12.5 10.5 10.5 10.0 10.5 l 0.014 0.015 0.016 0.016 0.017 GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 48 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình 11 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ Từ đồ thị ta tính đƣợc hệ số α: Lần đo i ( K 1 ) 0,19.105 0,24.105 0,24.105 0,27.105 0,27.105 ( K 1 ) ( K 1 ) ( K 1 ) 0,24.105 0,05.105 0,24 0,05.105 Qua nhiều lần làm thí nghiệm với khác thấy kết đo đƣợc gần với kết mà nhà sản xuất đƣa Tôi nhận thấy kim loại khác hệ số dãn nở chúng khác Những ý làm thí nghiệm: - Phải vặn chặt đầu cần đo vào giá đỡ - Hiệu chỉnh đồng hồ đo số - Khi ta khảo sát chỉnh máy tạo nhiệt cao 800C - Để làm thí nghiệm thứ ta phải thay hết nƣớc bể chứa GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 49 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe KẾT LUẬN Trong trình tìm tòi, nghiên cứu thực hành thí nghiệm khảo sát dãn nở dài chất rắn với thí nghiệm Phywe: -Từ kết thí nghiệm ta thấy hệ số α mà ta đo gần với kết mà nhà sản xuất Phywe đƣa - Qua khảo sát biết đƣợc kim loại khác dãn nở chúng khác Qua luận văn giúp hiểu biết thêm về: - Lý thuyết cấu trúc tinh thể chất rắn, dao động mạng tinh thể, vùng lƣợng vật rắn - Lý thuyết dãn nở dài, dãn nở diện tích dãn nở thể tích… - Hiểu đƣợc cách bố trí thí nghiệm hãng Phywe sản xuất - Hiểu rõ vai trò tính cách ngƣời thực thí nghiệm Tóm lại, thực đƣợc yêu cầu mà đề tài đặt Đó là: - Nghiên cứu cách sử dụng dụng cụ thí nghiệm hãng Phywe sản xuất - Khảo sát dãn nở dài chất rắn - Hoàn thành tài liệu hƣớng dẫn thực hành thí nghiệm “Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe” Với lòng tâm với dẫn, giúp đỡ tân tình thầy hƣớng dẫn trình làm thí nghiệm, đúc kết đƣợc kinh nghiệm cho thân: -Trƣớc hết cần cù, nhẫn nại, trung thực trình làm thí nghiệm - Muốn thu đƣợc kết xác, thao tác thí nghiệm xác phải hiểu đƣợc đặc điểm dụng cụ để hạn chế sai số dụng cụ gây Mặc dù thực đƣợc thí nghiệm nhỏ vô số thí nghiệm nhƣng nguồn động viên, khích lệ lớn, giúp tự tin hơn, sẵn sàng việc giảng dạy thực nghiệm sau trƣờng phổ thông GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 50 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe ĐỀ XUẤT BÀI THỰC HÀNH KHẢO SÁT SỰ DÃN NỞNHIỆT CỦA CHẤT RẮN VỚI BỘ THÍ NGHIỆM PHYWE I MỤC ĐÍCH Khảo sát dãn nở nhiệt chất rắn II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên tắc Một kim loại có chiều dài l, nung nóng làm tăng nhiệt độ lên chiều dài tăng Vậy độ dài dây phụ thuộc vào nhiệt độ theo hệ thức sau: l 1 l0 t , Suy ra: 1 Và nhƣ thế: l l t l l0 1 1 t t Với t0 nhiệt độ ban đầu, hệ số dãn nở dài Hệ số cho biết thay đổi tỉ đối chiều dài vật nhiệt độ tăng lên đơn vị, phụ thuộc vào chất vật liệu khoảng cách nhiệt độ mà ta xét Hệ số dãn nở tuyến tính đƣợc đo: 1 (105.K 1 ) GVHD: Lê Văn Nhạn Nhôm 2.20 Đồng thau 1.80 Đồng 1.60 Thép 1.10 Thủy tinh 0.32 Trang 51 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Thuyết bị thí nghiệm - Máy tạo nhiệt HAAKE C10 - Thƣớc vi cấp đo độ dãn nở dài - ống cao su - Nhiệt kế - Bể chứa - Giá đỡ - Các đồng, đồng thau, nhôm, thép, thủy tinh Máy tạo nhiệt Nhiệt kế Thƣớc vi cấp đo độ dãn nở dài Nở dài Giá đỡ Thanh khảo sát Hình 1: Bộ thí nghiệm hoàn chỉnh GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 52 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe III HƢỚNG DẪN CÁC BƢỚC THỰC HÀNH Bƣớc 1: Lắp đặt thí nghiệm - Nối đất máy tạo nhiệt - Lắp tạo nhiệt vào bể chứa nƣớc (hình 1) - Lắp đồng (hoặc nhôm, thép, đồng thau, thủy tinh) vào giá đỡ lắp đồng hồ đo đầu cần khảo sát - Nối ống cao su từ tạo nhiệt vào đầu cần khảo sát - Đo chiều dài cần khảo sát.(chiều dài ban đầu 600(mm)) - Hiệu chỉnh đồng hồ số để đo nở dài - Lắp nhiệt kế vào giá đỡ bên thân máy để đo nhiệt độ nƣớc bể Bƣớc 2: Mở tạo nhiệt nƣớc chạy qua khảo sát,khi nhiệt kế không thay đổi ghi giá trị nhiệt độ nhiệt kế, giá trị thƣớc vi cấp -Tăng nhiệt độ máy lớn nhiệt độ nƣớc đọc đƣợc nhiệt kế để làm tăng nhiệt độ nƣớc qua -Tăng nhiệt độ máy lên từ từ để làm tăng nhiệt độ nƣớc qua khảo sát dãn nở Bƣớc 3: Lấy số liệu Bƣớc 4:Ghi kết vào bảng Bảng Lần đo t(0C) l(mm) Từ bảng ta đo đƣợc độ dãn nở dài nhiệt độ khác Sau ta tính đƣợc giá trị Δt Δl Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều dài theo nhiệt độ tính hệ số α Trình bày kết ( K 1 ) Chú ý: - Phải vặn chặt đầu cần đo vào giá đỡ - Hiệu chỉnh đồng hồ đo số GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 53 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe - Khi ta khảo sát chỉnh máy tạo nhiệt cao 800C - Để làm thí nghiệm thứ ta phải thay hết nƣớc bể chứa IV KIỂM TRA LÝ THUYẾT Lập công thức tính độ dãn nở dài Tại chất rắn nở nóng lên, co lại lạnh đi? Tính V BẢN PHÚC TRÌNH Tên thí nghiệm Tiểu nhóm, nhóm, lớp Họ tên sinh viên, mã số sinh viên Trả lời câu hỏi lý thuyết Lập bảng phần hƣớng dẫn thực hành GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 54 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thị Kim Liên,bài giảng Vật lý chất rắn, Trƣờng Đại học sƣ phạm Thái Nguyên, 2014 [2] Đào Trần cao, Cơ sở Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007 [3] Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Mình, Vật lý chất rắn, NXB giáo dục 1992 [4] Vũ Đình Cự, Vật lý chất rắn, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [5] Đỗ Ngọc Uấn, giáo trình Vật lý chất rắn đại cương, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà nội, 2003 [6] Phywe Systeme GmbH & Co KG- D-37070 Goftingen [7] Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khánh, Cơ sở Vật lý chất rắn, Đại học Khoa học Tự nhiên, 2008 GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 55 SVTH: Trần Thúy Hằng [...]... cột chất lỏng giảm do ống nghiệm tiếp xúc với nguồn nhiệt trƣớc gây ra sự dãn nở của nó, sau đó chất lỏng đƣợc làm nóng và bắt đầu dãn nở, chất lỏng dãn nở nhiệt lớn hơn vật rắn là ống nghiệm, cuối cùng cột chất lỏng trong ống nghiệm tăng Do đó khi khảo sát sự dãn nở tuyệt đối của chất lỏng ta phải hiệu chỉnh sự dãn nở tƣơng đối của bình chứa [6] 5.6 Một số ứng dụng của sự nở vì nhiệt Việc dãn nở và... áp [6] 5.4 Dãn nở nhiệt của chất lỏng Về mặt lý thuyết, các hệ số dãn nở dài có thể đƣợc tính từ hệ số dãn nở thể tích (V 3 L ) Tuy nhiên đối với chất lỏng L phải đƣợc xác định từ giá trị thực nghiệm của V 5.5 Dãn nở tƣơng đối và tuyệt đối Khi khảo sát sự dãn nở của chất lỏng chúng ta phải tính đến sự dãn nở của bình chứa Ví dụ: Một chất lỏng đƣợc đựng trong ống nghiệm đƣợc gia nhiệt, ban... X [6] 5.2 Dãn nở nhiệt trong các chất rắn Vật liệu thƣờng thay đổi kích thƣớc của chúng khi chịu một sự thay đổi nhiệt độ trong khi áp suất không đổi Trong trƣờng hợp vật liệu rắn áp suất ảnh hƣởng không đáng kể đến dãn nở nhiệt GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 26 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe Trong kỹ thuật thông thƣờng hệ số dãn nở nhiệt không... cáp, sự nở nhiệt có thể đƣợc mô tả bởi các vật liệu căng thẳng , do t và xác định là: t GVHD: Lê Văn Nhạn L L0 L0 Trang 24 (5-4) SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe L0: độ dài ban đầu L: độ dài lúc sau thay đổi theo nhiệt độ Đối với hầu hết các chất rắn, dãn nở nhiệt là tỷ lệ thuận với sự thay đổi về nhiệt độ: t ~ T Nhƣ vậy, sự thay... semicrystalline GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 29 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe Hình 5.4 Hệ số dãn nở dài của một số mác thép Trong bảng dƣới đây, giá trị α là từ 10 -7 K -1 cho chất rắn cứng đến 10 -3 K -1 cho chất lỏng hữu cơ, và sự biến thiên của hệ số nở dài so với nhiệt độ đối với một số loại thép (từ dƣới lên trên: thép không gỉ ferit, thép không gỉ... hoặc theo thể tích Hệ số dãn nở nhiệt theo thể tích là hệ số dãn nở nhiệt cơ bản nhất, và phù hợp nhất cho chất lỏng Nhìn chung, sự dãn nở theo nhiệt độ hoặc co lại xảy ra theo mọi hƣớng Chất mà dãn nở với tốc độ nhƣ nhau trong mọi hƣớng đƣợc gọi là đẳng hƣớng Đối với vật liệu đẳng hƣớng, hệ số dãn nở nhiệt của diện tích và thể tích gấp hai và ba lần so với hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài Các hệ số... đóng góp của electron vào nhiệt dung của kim loại là không đáng kể [1] GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 19 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe CHƢƠNG 4: TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN 4.1 Sự từ hoá các chất Từ trƣờng của các vật nhiễm từ Khi đặt một vật vào từ trƣờng không đổi H sẽ xuất hiện cảm ứng từ B (khác với trong chân không) trong thể tích V của vật... cũng có thể gây ra sai lệch ở vị trí đặt mẫu… - Nhiệt kế là một ứng dụng của sự dãn nở nhiệt dựa trên sự dãn nở của chất lỏng (thƣờng là thủy ngân hoặc rƣợu) dọc theo ống khi nhiệt độ thay đổi - Rờle nhiệt gồm một lƣỡng kim đƣợc uốn cong do dãn nở nhiệt của hai kim loại khác nhau [6] Hệ số dãn nở nhiệt cho vật liệu khác nhau Hình 5.3 Tích hệ số dãn nở nhiệt cho một polypropylene semicrystalline GVHD:... ngoài nhỏ hoặc ở nhiệt độ cao: 1, BJ ( ) ta có: J m ng 2 B2 J ( J 1) H 3k BT J 1 J (4-23) nJ ( J 1g 2 B2 ) C 30 k BT T (4-24) (4-24) là định luật thực nghiệm Curie (1895) [7] GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 23 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe CHƢƠNG 5: DÃN NỞ VẬT CHẤT 5.1 Hệ số dãn nở nhiệt Các hệ số dãn nở nhiệt mô tả cách... 1 Sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm Phywe 2 k ( k E ) (2-37) (2-38) Đây là một dạng khác của phƣơng trình chuyển động của điện tử dƣới tác dụng của trƣờng ngoài, nó có dạng của định luật II Newton, với a dv , còn khối lƣợng của dt điện tử đƣợc thay bằng m* m* đƣợc gọi là khối lƣợng hiệu dụng của điện tử GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 16 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở ... tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe CHƢƠNG 5: DÃN NỞ VẬT CHẤT 5.1 Hệ số dãn nở nhiệt Các hệ số dãn nở nhiệt mô tả cách kích thƣớc đối tƣợng thay đổi với thay đổi nhiệt độ Cụ... Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe THỰC NGHIỆM I MỤC ĐÍCH Khảo sát dãn nở nhiệt chất rắn II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên tắc Giải thích dãn nở nhiệt theo quan điểm thuyết... trụ, nơi nhiệt độ dao động rộng [6] GVHD: Lê Văn Nhạn Trang 27 SVTH: Trần Thúy Hằng Luận văn tốt nghiệp Sự dãn nở nhiệt chất rắn với thí nghiệm Phywe Hình 5.1 Dãn nở nhiệt đƣờng ray Dãn nở nhiệt
Ngày đăng: 22/12/2015, 10:49
Xem thêm: sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm phywe , sự dãn nở nhiệt của chất rắn với bộ thí nghiệm phywe
