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

65330. Визначення контрольованих параметрів арматури експлуатованих залізобетонних конструкцій методом локального руйнування 7.43 MB
  Завдання досліджень: узагальнити результати досліджень в області визначення контрольованих параметрів матеріалів конструкцій при різних впливах неруйнівними методами обґрунтувати необхідність проведення досліджень у цій області сформулювати передумови і припущення...
65331. ДІАГНОСТУВАННЯ РУЙНУВАННЯ КРИХКИХ ВКЛЮЧЕНЬ МЕТОДОМ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ 5.45 MB
  Таким чином за початок руйнування матеріалу втрату його міцності можна вважати розтріскування у ньому крихких включень. Особливо актуальними вони є у випадку діагностування руйнування крихких включень оскільки останні...
65332. ОДНОФАЗНI ПЕРЕТВОРЮВАЧI ЗМIННОЇ НАПРУГИ НА ПОСТIЙНУ З КОРЕКЦIЄЮ КОЕФIЦIЄНТА ПОТУЖНОСТI ТА ГАЛЬВАНІЧНИМ ЗВ’ЯЗКОМ ВХОДУ З ВИХОДОМ 346 KB
  Останнім часом все більше електроенергії споживається за допомогою систем електроживлення СЕЖ з ланкою постійної напруги. Перспективним вирішенням зазначеної проблеми при якому також покращується комплекс техніко-економічних показників...
65333. ДЕРЖАВНИЙ КОНТРОЛЬ В СИСТЕМІ УПРАВЛІННЯ ЗАГАЛЬНООСВІТНІМИ НАВЧАЛЬНИМИ ЗАКЛАДАМИ 611 KB
  Україна проходить складний і незворотний шлях державного та громадянського становлення. Реалізується стратегія забезпечення прискореного та випереджального розвитку освіти і науки, створюються умови для самоствердження...
65334. Створення генетичних джерел групової расоспецифічної стійкості проса до сажки (Sorosporium destruens (Schlecht) Yanki) 329 KB
  Актуальність теми обумовлена обмеженістю в існуючому світовому генофонді проса генетичних джерел стійкості до окремих рас сажки та відсутністю джерел одночасної стійкості до різних груп патотипів збудника цього захворювання.
65335. Розвиток і реалізація технології, методів розрахунку й управління параметрами процесів виробництва холоднокатаних штаб із високою площинністю та якісною поверхнею 1.08 MB
  Інтенсифікація швидкісних режимів холодної прокатки й зменшення середньої товщини холоднокатаних штаб у сортаменті більшості станів посилили вплив динамічного і температурного факторів процесу на показники якості готових штаб.
65336. Обґрунтування параметрів транспортно-технологічних схем проведення дільничних виробок при розширенні меж шахтних полів 1.73 MB
  Проблема доробки запасів біля меж шахтних полів особливо актуальна для шахт Західного Донбасу, виробничі потужності яких обмежені порівняно низькою вугленосністю родовища, нерівномірним розповсюдженням робочої потужності пластів...
65337. УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ПРОФЕСІЙНОГО НАВЧАННЯ ДЕРЖАВНИХ СЛУЖБОВЦІВ В УКРАЇНІ: ТЕОРЕТИКО-ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ АСПЕКТ 237.5 KB
  Успіх перетворень залежить насамперед від професіоналізму державних службовців їх ефективної діяльності на всіх рівнях управління практичного впровадження ними інноваційних форм і методів роботи. Вирішення проблеми можливе за умови системного підходу...
65338. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ТА РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТТЯ КОРПУСІВ ФЛАНЦЕВОЇ АРМАТУРИ ВИСОКОГО ТИСКУ 7.98 MB
  Метою роботи було розв’язання важливої народногосподарської задачі що полягає в створенні в Україні ефективного промислового виробництва високоякісних заготовок корпусів фланцевих засувок для видобутку нафти і природного газу з великих глибин методами електрошлакової технології.