22851

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ

Лабораторная работа

Физика

Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.

Украинкский

2013-08-04

111 KB

3 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №16

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ  ТВЕРДИХ ТІЛ

Вступ. При наявності градієнта температури в системі відбувається довільне перенесення теплової енергії з областей більш нагрітих в області, де температура менша . Це явище відоме як теплопровідність.

Кількість теплоти Q, що переноситься через поверхню площею S за час  при градієнті температур  визначається як:

                                              ,                                                  (1)

де  - коефіцієнт теплопровідності середовища.

           Таким чином, значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу   можна знайти безпосередньо, якщо користуватись формулою (1). Проте  експериментально важко точно визначити величину Q. Тому для визначення   існують відносні методи. Зокрема, в даній роботі  застосовується метод, запропонований Христіансеном. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.

     Метою роботи є визначити коефіцієнт теплопровідності ебоніту.

Теоретичні відомості.

   Механізм перенесення тепла в твердому тілі виникає з характеру теплових рухів у ньому. Тверде тіло являє собою сукупність атомів решітки, які здійснюють коливання.  Ці коливання не є  незалежними одне від одного  і ,крім того, вони можуть передаватися  від одних атомів до інших.  В твердому тілі, на відміну від газу, теплопровідність здійснюється не переміщенням самих молекул , а через взаємодію між молекулами,  в результаті якої тепловий рух набуває колективного характеру. Саме тому  тепловий рух молекул у твердих тілах описується як  ідеальний газ фононів.

   Для опису теплопровідності можна повторити  весь шлях, який було зроблено при розгляданні теплопровідності у газах, але заміть  руху молекул газу  треба мати на увазі рух фононів. Для потоку теплоти отримуємо формулу (1).

Теплопровідність твердих тіл набагато вища за теплопровідність газів.

    В металах, крім зазначеної теплопровідності решітки , треба враховувати ще теплопровідність за рахунок переносу теплоти вільними електронами. Для її оцінки приймають до уваги властивості електронного газу. При великих температурах електронна провідність суттєва.

Опис методу.  Прилад Христіансена зображено на рис.1 , де H - нагрівник, через який пропускають водяну пару з кип’ятильника , і Х - холодильник з проточною водою. 1, 2 і 3 - латунні диски з отворами для термопар. Між дисками 1 та 2 розміщують пластинку з матеріалу, коефіцієнт теплопровідності якого визначають. Між дисками 2 та 3 розміщуюють пластинку з відомим коєфіцієнтом теплопровідності. В даній роботі це скляна пластинка; коефіцієнт теплопровідності скла вважається відомим.

Якщо температури нагрівника і холодильника підтримувати сталими, то при стаціонарному процесі кількість теплоти Q1, що за час  передається від диска 1 до диска 2, визначається за формулою:

                                               (2)

де  t1  і t2  -- температури дисків 1 і 2 відповідно, d1  -- товщина пластинки з досліджуваного матеріалу.

Кількість теплоти Q2, що за цей час проходить через еталонну пластинку такого ж перерізу S товщиною d2, виражається аналогічно:

                                             (3)

де t3 -- температура диска 3.

Кількість теплоти, що за цей час проходить через бічну поверхню диска і виділяється в навколишній простір, визначається формулою Ньютона:

                                             (4)

де  - коефіцієнт тепловіддачі,  - температура диска,  - температура оточуючого середовища.

Розміри пластинок вибрані такі, що , і втрати на тепловіддачу можна не враховувати. Тоді  Q1 = Q2  і

                                    (5)

                                          (6)

       Знаходять значення  температур t1, t2 і t3. Ці температури вимірюються після того, як в системі утвориться стаціонарний тепловий потік, тобто, коли температура в будь-якому перерізі системи перестане змінюватися. В даній роботі температуру вимірюють за допомогою термопари. Температури дисків знаходять з графіка, який додається до роботи.

       Визначають величину коефіцієнт теплопровідності ебоніту за формулою (6).

      Оцінюють похибки вимірювання  коефіцієнт теплопровідності ебоніту .

Порядок виконання роботи.

  1.  Вимірюють товщини пластинок d1 і d2 з ебоніту та скла мікрометром.
  2.  Знаходять значення  температур t1, t2 і t3.
  3.  За допомогою перемикача термопари по черзі підключають до потенціометра ПП і визначають термоелектрорушійну силу Е кожної термопари.
  4.  Повторюють вимірювання для ебонітової пластинки іншої товщини.

Література

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.ІІ. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Наука,1990.-592с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78230. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ 71.5 KB
  В соединительной ткани различают: МЕЖКЛЕТОЧНОЕ (ОСНОВНОЕ) ВЕЩЕСТВО, КЛЕТОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ВОЛОКНИСТЫЕ СТРУКТУРЫ (коллагеновые волокна). Особенность: межклеточного вещества гораздо больше, чем клеточных элементов.
78235. Византийский стиль в архитектуре 64 KB
  Византийский стиль в архитектуре. Центрально-купольная базилика Св. Софии в Константинополе – модель Космоса. Эстетика парения – основа архитектуры крестово-купольного византийского храма. Порядок размещения декора – свидетельство единства Церкви земной и небесной.
78236. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА 181.5 KB
  Углеводы составляют основной источник энергии в питании человека - самая дешевая пища. В развитых странах около 40 потребления углеводов приходится на рафинированные сахара, а 60 составляет крахмал. В менее развитых странах доля крахмала возрастает.
78237. Митохондриальное окисление 272.5 KB
  Энергия используется для следующих процессов: Синтез АТФ. Для человека наиболее важен синтез АТФ. Но на нескольких стадиях ее достаточно чтобы синтезировать макроэргические связи в молекуле АТФ. Значит на каждую пару атомов водорода отнятых от субстрата возможен синтез 3х молекул АТФ.