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

67173. Роздрібний товарооборот. Товарооборот роздрібних торгових підприємств 37.84 KB
  Товарооборот роздрібних торгових підприємств Соціально економічна характеристика роздрібного товарообороту Сутність значення товарообороту підприємства як економічної категорії та показника діяльності Склад і структура роздрібного товарообороту Товарооборот роздрібних торгових підприємств...
67174. Основы теории массового обслуживания 233.5 KB
  Рассмотрим сначала некоторые понятия которые характеризуют стохастическую неопределенность когда неопределенные факторы входящие в задачу представляют собой случайные величины или случайные функции вероятностные характеристики которых либо известны либо могут быть получены из опыта.
67175. КУЛЬТУРА ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ 115.5 KB
  В условиях сословноиерархической структуры общества пронизанной сверху донизу сословной замкнутостью и отношениями вассального служения сюзерену; в процессе бесконечных войн которые несли голод разрушение смерть и ощущение трагизма человеческой жизни...
67176. Организация разработки требований к сложным программным средствам 139 KB
  Проекты программных средств различаются по уровню сложности масштабу и необходимому качеству. Чаще всего проблемами с которыми встретились не достигшие своих целей проекты программных продуктов являются: недостаток информации от пользователя...
67177. ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ГОСУДАРСТВО 138.5 KB
  Любое государство функционирует в определенной социальной среде зависит от экономики и культуры общества его структуры психологии и ценностных предпочтений граждан в свою очередь оказывая на них мощное воздействие.
67178. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АНЕСТЕЗИОЛОГИИ. ИНГАЛЯЦИОННЫЙ НАРКОЗ 278 KB
  Универсальной и общепризнанной теории действия анестетиков нет. Ранние теории наркоза в настоящее время представляются полностью несостоятельными: Коагуляционная теория Кьюн 1864 коагуляция белка под влиянием эфира и хлороформа обнаружилось что коагуляция происходит только при концентрациях значительно превышающих терапевтические.
67179. Проблеми державного відтворення української культури у 1917-1920 рр. та особливості національно-культурного розвитку українських земель у 1920-1930-х рр. XX століття 133 KB
  Відкриття Української Академії наук УАН. відбулося територіальне роз'єднання українських земель завершилося формування української нації ускладнилася соціальна структура та політизувалося суспільне життя. Ця орієнтація зумовила вивчення проблем етнографії фольклору мови а також стимулювала бажання...
67180. Повернення об’єктів функціями. Потенційні проблеми 74.5 KB
  Якщо об'єкти можна передавати функціям, то з таким самим успіхом функції можуть повертати об'єкти. Щоби функція могла повернути об'єкт, по-перше, необхідно оголосити об'єкт, який повертається нею, типом відповідного класу. По-друге, потрібно забезпечити повернення...
67181. Асиметричні криптоперетворення та їх застосування для забезпечення конфіденційності 240.65 KB
  Найбільшою особливістю асиметричних перетворень є використання асиметричної пари ключів, які містить відкритий ключ, що відомий всім, та особистого ключа, що пов’язаний з відкритим ключем за допомогою певного математичного перетворення.