Arbeitsblatt: Ausdehnungskoeffizienten

Joris, Markus, Protokoll: Markus Protokoll: Thermische Ausdehunung Versuchsablauf Wir versuchen die Temperatur eines Gegenstandes zu erhöhen, sodass eine thermische Ausdehnung stattfindet. Um dies durchzuführen haben wir Röhrchen aus verschiedenen Materialien und erwärmen diese, indem wir Wasser durchfliessen lassen. Um einen Unterschied in der Länge zu messen, benützen wir eine Vorrichtung, welche das Röhrchen stabilisiert und die Verlängerung des Röhrchens auf Hundertstelmillimeter genau misst. Das Wasser, von einem Wassertank auskommend, wird erst erhitzt und dann fliesst es durch das Röhrchen, welches schnell die Temperatur des Wassers annimmt. Die Temperatur wird bei jeder Messung gesenkt, sodass viele verschiedene Messungen als Ergebnis vorliegen (ausser Versuch 4, hier wird die Temperatur des Röhrchens kontinuierlich erhöht). Durch das Ablesen auf dem Längenzeiger und dem Thermometer können die Daten festgehalten werden. Skizze Wassertank Thermometer Messuhr Metall- Glasstab Messdaten 1) Aluminium (warm zu kalt) -0.110 l [mm] -9.7 t [C] -0.165 -14.1 -0.220 -19.4 -0.405 -28.7 2) Eisen (warm zu kalt) -0.055 l [mm] -9.5 t [C] -0.08 -13.7 -0.105 -19.2 -0.145 -28.7 3) Glas (warm zu kalt) l [mm] t [C] 0.07 -16.7 0.1 -23.2 0.115 -28.1 0.17 15.1 0.22 19.3 0.28 25.7 0.04 -11.4 4) Aluminium (kalt zu warm) 0.1 l [mm] 9.1 t [C] Physikpraktikum Thermische Ausdehunung 27.02.08 Joris, Markus, Protokoll: Markus Diagramme 1) Aluminium (warm zu kalt) 0.000 -35.0 -30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 -0.050 -0.100 Delta [mm] -0.150 -0.200 -0.250 -0.300 -0.350 -0.400 -0.450 Delta [C] 2) Eisen (warm zu kalt) 0.000 -35.0 -30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 -0.020 -0.040 Delta [mm] -0.060 -0.080 -0.100 -0.120 -0.140 -0.160 Delta [C] Physikpraktikum Thermische Ausdehunung 27.02.08 Joris, Markus, Protokoll: Markus 3) Glas (warm zu kalt) 0.000 -30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 -0.020 -0.040 Delta [mm] -0.060 -0.080 -0.100 -0.120 -0.140 -0.160 Delta [C] 4) Aluminium (kalt zu warm) 0.300 0.250 Delta [mm] 0.200 0.150 0.100 0.050 0.000 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Delta [C] Physikpraktikum Thermische Ausdehunung 27.02.08 Joris, Markus, Protokoll: Markus Theorie Im Unterricht haben wir zur Längenausdehnung folgende Formel gelernt: l a l0 t Alpha ist der Ausdehnungskoeffizient, laut Theorie für Aluminium Eisen Glas 23 10-6 K-1 12 10-6 K-1 9 10-6 K-1 Anwendung Um aus unseren Daten die Ausdehnungskoeffizienten auszurechnen, benützen wir obige Formel: l (l0 t) Aluminium 0.11/ (9.7 500) a 0.22/(19.4 500) 22.6 10-6 22.6 10-6 Eisen: 0.055/ (9.5 500) a 0.105/(19.2 500) 11.5 10-6 10.9 *10-6 Glas: 0.04/ (11.4 500) a 0.1/(23.2 500) 7.0 10-6 8.6 10-6 Aluminium (kalt zu warm) 0.1/ (9.1 500) a 0.165/(14.1 500) 21.9 10-6 22.7 10-6 Interpretation Bei den Diagrammen erkennt man, wenn man von ein paar Messungenauigkeiten absieht, dass die beiden Grössen, Längenänderung und Temperaturänderung, zueinander proportional sind, sie verhalten sich linear zueinander. Bei den Koeffizienten erkennt man, dass Aluminium die genauesten Resultate liefert. Da sich von unseren Materialien Aluminium am meisten ausdehnt, wirken sich Ungenauigkeiten beim messen nicht so stark aus. Beim Glas, das thermisch stabilste Material, ist die Abweichung zur Theorie am grössten, dort wirken sich Fehler beim Messen umso mehr aus. Die gemessenen Werte liegen grundsätzlich unter den theoretischen Werten. Ich denke, dies kommt daher, dass an der Aussenseite des Röhrchens Zimmertemperatur herrscht, so ist die Temperatur des Materials stets ein wenig kleiner, als die des Wassers. Wie weit es Einfluss hat, ob man die Temperatur stetig senkt oder erhöht, haben wir nicht herausgefunden, den bei unserem Beispiel mit Aluminium sind wir beide male auf nahezu identische Werte gekommen. Physikpraktikum Thermische Ausdehunung 27.02.08 Joris, Markus, Protokoll: Markus Physikpraktikum Thermische Ausdehunung 27.02.08