Pituuden lämpölaajeneminen
Tutkitaan lämpölaajenemista metrin mittaisessa metallitangossa. Tanko ei pitene silminnähden merkittävästi, mikä on tyypillistä arkielämässä esiintyville kiinteille aineille. Käytetty laitteisto on alla olevassa kuvassa.
Tangon vasemmassa päädyssä oleva mittari mittaa tangon pituuden muutoksia 0,01 mm:n tarkkuudella. Punainen mittari on resistanssia (kyky vastustaa sähkövirtaa) mittaava yleismittari. Kun putkeen kiinnitetyn komponentin resistanssi eri lämpötiloissa tunnetaan, voidaan katsoa mittarin antamaa resistanssia vastaava lämpötila taulukosta. Putken lämpötilaa muutetaan juoksuttamalla sen läpi vettä eri lämpötiloissa.
Mittaustulokset esitetään kuvaajassa, jossa vaaka-akselilla on lämpötila celsiusasteissa ja pystyakselilla tangon pituuden muutos millimetreissä.
Mittaustulokset:
Pituuden_lampolaajeneminen.ods
Pituuden_lampolaajeneminen.cmbl
Pituuden_lampolaajeneminen.cap
Mittauspisteet asettuvat suoralle, jonka yhtälö on [[$ \Delta l=\mathrm{0,0165\ mm/^{\circ}C}\cdot T-\mathrm{0,379 \ mm} $]]. Lineaarisuus kertoo, että tanko pitenee tasaisesti lämpötilan kasvaessa. Kulmakerroin lasketaan jakamalla pystyakselin muutos vaaka-akselin muutoksella. Sen suuruus on 0,0165 ja yksikkö mm/°C. Kulmakertoimen suuruus kertoo tangon pituuden kasvavan 0,0165 millimetriä lämpötilan noustessa yhden celsiusasteen. Vastaavasti lämpötilan laskiessa tanko lyhenee 0,0165 millimetriä yhtä celsiusastetta kohden.
Jos samanlaisia tankoja laitetaan peräkkäin, jokainen tanko pitenee 0,0165 millimetriä celsiusastetta kohti ja tankojen pituus lisääntyy yhteensä tankojen lukumäärä kertaa 0,0165 millimetriä. Siten tanko, jonka pituus on [[$l$]], pitenee lämmetessään
[[$$\quad l\cdot \text{0,0165}\frac{\text{mm}}{\text{m °C}}=l\cdot \text{0,000 0165}\frac{1}{\text{°C}}.$$]]
Tangon loppupituus saadaan lisäämällä alkuperäiseen pituuteen lämpötilan aiheuttama pituuden muutos.
Pituuden lämpölaajeneminen
Kappaleen pituus [[$l$]] lämpötilan muutoksen [[$\Delta T$]] jälkeen on
[[$\quad l=l_0+l_0 \alpha\Delta T,$]]
missä [[$l_0$]] on tilavuus ennen lämpötilan muutosta ja [[$\alpha$]] on kokeellisesti määritelty pituuden lämpölaajenemiskerroin.
Pituuden lämpölaajenemiskerroin on jokaiselle aineelle ominainen. Tutkitun tangon tapauksessa kertoimen havaittiin olevan 0,000 0165 1/°C. Pituuden lämpölaajenemiskertoimia eri aineille on listattu taulukkokirjoissa. Kuparin lämpölaajenemiskerroin on 0,0000168 1/°C, eli tutkittu tanko olisi voinut olla kuparia.
