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

4 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

19546. Свертка последовательностей и ее вычисление 174.65 KB
  2 Лекция 15.Свертка последовательностей и ее вычисление Сдвиг последовательности Пусть имеется последовательность . Мы можем превратить ее в бесконечную последовательность положив . Выберем целое и определим . Найдем связь между преобразованиями Фурье э
19547. Автокорреляция и ее вычисление 342.02 KB
  2 Лекция 16. Автокорреляция и ее вычисление Пусть задана бесконечная последовательность . По ней строится автокорреляционная функция . Эта функция играет огромное значение в при обработке сигналов. Основное назначение отыскание максимумов функции котор
19548. Применения автокорреляционной функции 581.1 KB
  2 Лекция 17. Применения автокорреляционной функции Частота основного тона В качестве примера укажем применение автокорреляционной функции для вычисления частоты основного тона речевого сигнала. В настоящее время нет математического определения это...
19549. Эффект Доплера и смежные вопросы 219.53 KB
  1 Лекция 18. Эффект Доплера и смежные вопросы Рассмотрим задачу поиска сигнала заданного вида во входном сигнале на следующем примере. Передатчик излучает сигнал который отражается от объекта и приходит в виде сигнала . Если объект неподвижен то . 1 Здес...
19550. Преобразование Хартли 280.49 KB
  1 Лекция 19. Преобразование Хартли Преобразование Хартли является аналогом преобразования Фурье отображая вещественный сигнал в вещественный. Положим . Тогда . Найдем формулу обращения. Для этого установим связь с преобразованием Фурье. По определению = . Н
19551. Строение матрицы Адамара 448.32 KB
  2 Лекция 20. Строение матрицы Адамара Элементы матрицы можно вычислить непосредственно. Нумерацию строк и столбцов начнем с 0. В этом случае номер строки или столбца задается двоичным вектором: . Положим . Предложение. Элемент матрицы . Доказательство. Для ...
19552. Преобразования Адамара и Хаараара 445.63 KB
  2 Лекция 21. Преобразования Адамара и Хаара Подсчет числа перемен знаков в матрице Адамара Аналогом частоты в базисе Фурье для матриц Адамара является число перемен знаков в строке. Предложение. Для того чтобы найти число перемен знаков в строке с номером...
19553. Фильтрация и преобразование Адамара 260.31 KB
  2 Лекция 22. Фильтрация и преобразование Адамара Результат любого из рассмотренных выше преобразований рассматривается как спектр исходного сигнала. В этой связи имеется возможность изменить спектр произвольным образом а затем применить обратное преобраз
19554. Метод главных компонентов в задаче сжатия 341.43 KB
  1 Лекция 23. Метод главных компонентов в задаче сжатия Идея сжатия сигнала на основе разложения по ортогональному базису была изложена выше. Рассмотренные базисы являются универсальными и не учитывают особенность сигнала. Когда имеется набор сигналов одной п...