Työ 4B8B S4h. AINEEN PITUUDEN MUUTOKSISTA

Samankaltaiset tiedostot
10B16A. LÄMPÖLAAJENEMINEN JA ILMAN SUHTEELLINEN KOSTEUS

4B6A. KIMMOISUUSTUTKIMUKSIA

Ratkaisut 3. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

Ch 12-4&5 Elastisuudesta ja lujuudesta

Koesuunnitelma Alumiinin lämpölaajenemiskertoimen määrittäminen

Lämpötila Lämpölaajeneminen Ideaalikaasu. Luku 17

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

Koesuunnitelma Kimmokertoimien todentaminen

Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

Lumen teknisiä ominaisuuksia

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Koesuunnitelma. Tuntemattoman kappaleen materiaalin määritys. Kon c3004 Kone ja rakennustekniikan laboratoriotyöt. Janne Mattila.

4A 4h. KIMMOKERROIN E

Palkin taivutus. 1 Johdanto. missä S on. määritetään taivuttamalla. man avulla.

Harjoitus 1. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa [a), b)] ja laske c) kohdan tehtävä.

Luvun 5 laskuesimerkit

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

10. Jännitysten ja muodonmuutosten yhteys; vaurioteoriat

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

Ratkaisut 2. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Fysiikan laboratoriotyöt 3 Sähkömotorinen voima

Laskuharjoitus 3 Ratkaisut

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

Jousen jousivoiman riippuvuus venymästä

Ryhmä T. Koesuunnitelma. Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt, KON-C3004

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Differentiaali- ja integraalilaskenta

PERUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

MEI Kontinuumimekaniikka

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

2 LUJUUSOPIN PERUSKÄSITTEET Suoran sauvan veto tai puristus Jännityksen ja venymän välinen yhteys 34

Kone- ja rakentamistekniikan laboratoriotyöt KON-C3004. Koesuunnitelma: Paineen mittaus venymäliuskojen avulla. Ryhmä C

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Johdatus materiaalimalleihin

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

Koesuunnitelma KON-C3004 Kone-ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Aleksi Purkunen (426943) Joel Salonen (427269)

KON C H03 Ryhmä G Samppa Salmi, 84431S Joel Tolonen, Koesuunnitelma

FY6 - Soveltavat tehtävät

ja J r ovat vektoreita ja että niiden tulee olla otettu saman pyörimisakselin suhteen. Massapisteen hitausmomentti on

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R Menetelmäkuvaus tartuntavetotankojen

Karting tekniikkakoulutus KF 6

Massakeskipiste Kosketusvoimat

Differentiaalilaskennan tehtäviä

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

Demo 5, maanantaina RATKAISUT

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

SISÄLTÖ 1. Veto-puristuskoe 2. Jännitys-venymäpiirros 3. Sitkeitten ja hauraitten materiaalien jännitysvenymäkäyttäytyminen

Menetelmäohjeet. Muuttuvan magneettikentän tutkiminen

tutustuttaa materiaalien lujuusominaisuuksiin luentoja perusteellisemmin

nopeammin. Havaitaan, että kussakin tapauksessa kuvaaja (t, ϕ)-koordinaatistossa on nouseva suora.

Myös hiekan sideaine vaikuttaa sullonnan määrään. Hartsisideainehiekkojen sullontatarve on huomattavasti vähäisempi kuin bentoniittihiekkojen.

tutustua kiertoheilurin teoriaan ja toimintaan harjoitella mittauspöytäkirjan itsenäistä tekemistä sekä työselostuksen laatimista

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Materiaalien mekaniikka

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

STATIIKKA. TF00BN89 5op

MEKAANINEN AINEENKOETUS

ENERGIAA! ASTE/KURSSI AIKA 1/5

FX-korkeapainekäsipumpun käyttöohje. Copyright c Eräliike Riistamaa Oy

Heilurin heilahdusaikaan vaikuttavat tekijät

KIERTOHEILURI JA HITAUSMOMENTTI

Fysiikka 1 Luku 2. Työn tarkoitus Työssä tutustutaan mittaamiseen, mittaustarkkuuteen ja mittausvirheen laskemiseen.

Torsioheiluri IIT13S1. Selostuksen laatija: Eerik Kuoppala. Ryhmä B3: Eerik Kuoppala G9024 Petteri Viitanen G8473

TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R Menetelmäkuvaus tartuntavetotankojen

LUJUUSOPPI. TF00BN90 5op. Sisältö:

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

Lämpöistä oppia Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, tentti

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Oheismateriaalin käyttö EI sallittua, mutta laskimen käyttö on sallittua Vastaukset tehtäväpaperiin, joka PALAUTETTAVA (vaikka vastaamattomana)!

4. Funktion arvioimisesta eli approksimoimisesta

Palkki ja laatta toimivat yhdessä siten, että laatta toimii kenttämomentille palkin puristuspintana ja vetoteräkset sijaitsevat palkin alaosassa.

25A40B 4h. RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY

Eksimeerin muodostuminen

FYSA2041/1 Termodynaaminen tutkimus

Luvun 5 laskuesimerkit

KÄYTTÖOHJE LÄMPÖTILA-ANEMOMETRI DT-619

7. Resistanssi ja Ohmin laki

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

Transkriptio:

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/5 Työ 4B8B S4h. AINEEN PITUUDEN MUUTOKSISTA TYÖN TAVOITE Tavoitteena on ymmärtää aineen kimmoisuuteen liittyviä käsitteitä sekä aineen lämpölaajenemista. Sovelluksena tutkitaan metallilangan venymiseen vaikuttavaa kimmokerrointa E ja selvitetään kiinteän aineen pituuden lämpötilakerroin α, kun havaitaan aineen pituuden muuttuminen lämpötilan funktiona. LANGAN KIMMOKERTOIMEN MÄÄRITTÄMINEN VENYTTÄMÄLLÄ 1. TAVOITE Perehdytään Hooken lakiin normaalijännityksen alaisessa kappaleessa. Määritetään langan kimmokerroin. 2. TEORIAA Mikään aine ei ole täysin jäykkää, vaan jokainen aine "myötää" tietyssä määrin, kun siihen vaikuttaa voima. Tällainen myötääminen voi esiintyä koon, muodon tai tilavuuden muutoksena kysymyksessä olevasta kappaleesta ja siihen vaikuttavista voimista riippuen. Yleisesti sanotaan, että kappaleessa tapahtuu muodonmuutos. Muodonmuutos on kimmoinen, jos kappale palautuu alkuperäiseen kokoonsa, muotoonsa ja tilavuuteensa heti voiman vaikutuksen lakatessa. F A l o l Robert Hooke oli ensimmäinen, joka vakavissaan tutki kiinteiden aineiden kimmoisia ominaisuuksia. Hänen F tutkimustensa tulokset tunnetaan Hooken lakina, jonka mukaan aineessa vallitseva jännitys on suoraan verrannollinen muodonmuutokseen. Langan tai sauvan Kuva 1 vetojännityksen tapauksessa Hooken laki on muotoa σ = E ε, (1) missä σ on normaalijännitys (veto- tai puristusjännitys), ε on suhteellinen venymä (tai vain venymä) ja E on materiaalin kimmokerroin. Oheisen kuvan 1 merkinnöin normaalijännitys ja suhteellinen venymä ovat määritelmiensä mukaan F Δl σ =, ε =, (2) A l o missä F on venyttävä voima, A langan poikkipinnan ala, l o langan alkupituus ja Δl langan absoluuttinen pituuden muutos.

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 2/5 σ Pa Suhteellisuusalue Kuva 2. Jännitys - venymä - piirros. ε 3. TYÖN SUORITUS Materiaalin käyttäytymistä jännityksen alaisena laajalla jännitysalueella kuvataan jännitys-venymäpiirroksella. Sen yksityiskohtainen muoto vaihtelee suuresti eri aineilla, mutta yhteisenä piirteenä on aina alussa oleva lineaarinen suhteellisuusalue. Tällä alueella Hooken laki on voimassa. Kuvan 2 kaltainen jännitysvenymäpiirros on tyypillinen niukkahiiliselle pehmeälle teräkselle. Suhteellisuusalueen yli mentäessä kappaleen muodonmuutos jää pysyväksi (plastinen muodonmuutos). Pystysuoraa lankaa kuormitetaan alapäässä olevaan telineeseen asetettavilla punnuksilla. Langan pituuden muutos mitataan laitteessa olevalla rakennemikrometrillä. Aluksi mitataan lankaa kuormittamatta langan alkupituus sekä kymmenestä kohdasta langan paksuus. Punnusteline on kuitenkin paikallaan koko ajan toimien langan "suoristuspainona". Jos tutkittava lanka on paksu, halkaisija d > 0,7 mm, kannattaa lisäksi ripustaa pienin punnus aloitus- ja suoristuspainoksi ja vasta sitten luetaan rakennemikrometrin alkulukema. Pituuden muutos määritetään ainakin viidellä eri kuormituksella. Suhteellisuusalueen ylärajaa ei saa ylittää! Työpaikalla on ohje suurimmasta sallitusta kuormituksesta. Punnusten massat määritetään ylätasovaa alla. MIKROMETRI ON HERKKÄ TARKKUUSMITTALAITE. SITÄ EI MISSÄÄN TAPAUKSESSA SAA KUORMITTAA, SILLÄ SEN KIERTEET VAURIOITUVAT HELPOSTI. TÄMÄN VUOKSI AINA ENNEN UUDEN PUNNUKSEN LISÄÄMISTÄ PUNNUSTELI- NEESEEN ON MIKROMETRIÄ KIERRETTÄVÄ ALAS NIIN, ETTÄ VÄLIIN JÄÄ AINAKIN 0,5 cm ILMARAKO.

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 3/5 Mikrometrin lukema otetaan siten, että sitä kierretään hitaasti ylös tarkkaillen samalla laitteen vieressä olevaa valodiodia (lediä). Kotelossa olevan vahvistinpiirin ansiosta ledi syttyy jo pienestäkin kosketuksesta mikrometrin karan ja punnustelineen alapinnan välillä. Valon syttyessä lopetetaan kiertäminen välittömästi ja otetaan lukema. Tällä tavalla menetellen saadaan parhaat mahdolliset arvot, eikä mikrometri vaurioidu. Työselostukseen laaditaan graafinen esitys ε,σ-koordinaatistoon (vrt. kuva 2). Piirretään tasoitettu suora ja määritetään siitä kimmokerroin. Johda virhekaava ja laske virhe kimmokertoimelle. Vastaa myös seuraaviin kysymyksiin työselostuksessa. Miten kimmokerroin saadaan kuvasta? Miksi ei käytetä suoraan mittaustuloksia, vaan käytetään tasoitettua suoraa? Mieti, mitä materiaalia lanka on ja etsi kirjallisuudesta vertailuarvoja. Pohdi kimmokertoimen kaavan ja virhekaavan avulla työselostuksessa seuraavia kysymyksiä: Miksi langan pituuden muutos kannattaa mitata 0,001 mm tarkkuudella, kun langan koko pituus saadaan mitattua paljon epätarkemmin? Miten vaikuttaa E:n suuruus ja toisaalta langan halkaisija venymään?

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 4/5 PITUUDEN LÄMPÖTILAKERTOIMEN MÄÄRITTÄMINEN 1. TYÖN TAVOITE 2. TEORIAA 3. TYÖN SUORITUS Tutkitaan aineen lämpölaajenemista määrittämällä pituuden lämpötilakerroin. Lämpötilan muutos Δt aiheuttaa kappaleen pituuteen l 0 muutoksen Δl. Muutoksen suuruuteen vaikuttaa ko. materiaalin pituuden lämpötilakerroin α siten, että tietyllä lämpötilavälillä huoneenlämpötilan ympäristössä Δl = α l 0 Δt. (3) Pituuden lämpötilakerroin määritetään yhdelle annetulle aineelle, ellei valvoja toisin määrää. Tutkittavana kappaleena on putki. Sen lämpötilaa muutetaan termostaattihauteen avulla lämmitetyllä vedellä. Putken toinen pää lukitaan telineen runkoon. Vastakkaiseen päähän kiinnitetyn laatan siirtymä mitataan mittakellolla. Putki Mittakello Kiinnitys Telineen kiristys Kuva 3. Lämpölaajenemisen mittauslaite Työn suoritusohjeita: Putki kiinnitetään ensin telineeseen, sitten letkut kumpaankin päähän ja vasta sitten asetetaan mittakellon anturi nojaamaan putken toisessa päässä olevaan laattaan. Suoritetaan mittakellon nollaus nollaamalla kummatkin osoittimet. Mittakellon yhteydessä on säätöruuvi tätä tarkoitusta varten. Sen jälkeen käynnistetään termostaattihaude. Termostaattihauteen käytöstä on erillinen ohje pöydällä. Lämpötila havaitaan termostaattihauteen näytöstä. Lähtölämpötilaksi voidaan valita myös huoneenlämpötilaa matalampi lämpötila. Koska jäähdyttäminen suoritetaan vesijohtoverkon avulla, on järkevää valita aluksi sellainen lämpötila, joka on selvästi, esim. 5 astetta, korkeampi kuin vesijohtoveden lämpötila.

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 5/5 Mittaus suoritetaan aina kahteen suuntaan. Ensin putkea lämmitetään ja tehdään havainnot 5 6 eri lämpötilassa suunnilleen tasaisin välein. Korkein sallittu lämpötila on aina 70 C, mutta muoveilla vain 60 C. Samaten jäähdytettäessä havainnot tehdään yhtä monessa eri lämpötilassa. Käytännön vihjeitä: Kun lämmitetään, ulkoinen vesikierto on pysäytetty, mutta jäähdytettäessä kannattaa ensin asettaa termostaattiin tavoitelämpötila ja sen jälkeen käyttää tehokasta ulkoista vesikiertoa. Kun termostaatin lämpötila on sama kuin tavoitelämpötila, pysäytetään ulkoinen vesikierto ja hetken kuluttua tavoitelämpötila on saavutettu. Näin menetellen tavoitelämpötila saavutetaan nopeiten. Putken vaihto suoritetaan aina matalassa lämpötilassa. Jos tutkittava putki on lasia, on käytettävä suojakäsineitä. Termostaattihaude pysäytetään putken vaihdon ajaksi. Ensin löysätään mittakellon runko ja mittakello työnnetään syrjään. Letkujen ollessa vielä kiinni putki irroitetaan telineestä, nostetaan pystyyn ja letku irroitetaan ylöspäin sojottavasta putken yläpäästä. Veden annetaan valua takaisin termostaattihauteeseen ja vasta sitten irroitetaan letku putken alapäästä. Työskentely tapahtuu peltisen altaan päällä, jotta mahdollinen ulos valuva vesi jäisi altaaseen. 4. VIRHEEN ARVIOINTI JA TULOKSET Työselostuksessa havainnot merkitään millimetripaperille koordinaatistoon, jossa akseleina ovat lämpötila ja pituuden muutos. Kuvaaja tasoitetaan (suora) ja α lasketaan kulmakertoimesta. Jos mittaus tehdään kahdelle eri materiaalille, niin kummatkin kuvaajat voidaan piirtää samaan koordinaatistoon. Arvioi työtä tehdessäsi eri suureiden virheiden suuruudet ja mieti erikseen, mikä on pituuden l 0 virhe kiinnitysmekanismista johtuen! Pituuden lämpötilakertoimen α suhteellisen virheen yläraja lasketaan seuraavasti: dα d( Δl) dl0 dt 2 + + 2 (2) α Δl l Δt Tuloksena ilmoitetaan aineille pituuden lämpötilakerroin virherajoineen sekä kirjallisuusvertailuarvo. 0