50189

Определение теплопроводности газов методом нагретой нити

Лабораторная работа

Физика

Плеханова технический университет Кафедра Общей и технической физики лаборатория виртуальных экспериментов Определение теплопроводности газов методом нагретой нити Методические указания к лабораторной работе № 17 для студентов всех специальностей САНКТПЕТЕРБУРГ 2010 УДК 531 534 075. Цель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде. Для цилиндрически симметричной установки в которой поток тепла направлен к стенкам...

Русский

2014-01-17

138 KB

27 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория виртуальных экспериментов)

Определение теплопроводности газов методом нагретой нити

Методические указания к лабораторной работе № 17

для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

УДК 531/534 (075.83)

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА: Лабораторный практикум курса общей физики. Смирнова Н.Н., Фицак В.В. Чернобай В.И. / Санкт-Петербургский горный институт.  С-Пб, 2010, 14 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по статистической физике и термодинамике предназначен для студентов всех специальностей Санкт-Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.Н. Смирнова

©   Санкт-Петербургский горный институт   им. Г.В. Плеханова, 2010 г.

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.

В работе используются: вертикальная трубка с двойными стенками с натянутой внутри проволокой; магазин сопротивлений; эталонное сопротивление 10 Ом и нагрузочное сопротивление; гальванометр; источник питания; термостат.

Если внутри сосуда с газом существует градиент температур, в газе возникают процессы, приводящие к выравниванию температуры. В обычных условиях среди этих процессов наибольшую роль играет конвекция. Конвекция появляется из-за того, что легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой, если объем газа невелик или если он разбит на небольшие каналы или ячейки. В последних случаях возникновению конвекционных потоков мешает вязкость. При отсутствии конвекции процесс переноса тепла замедляется, но не прекращается. Он происходит благодаря теплопроводности газа, связанной с тепловым движением молекул. Выравнивание температуры получается при этом из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. В данной работе исследуется этот случай.

Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:

 [1]

Уравнение [1] может служить для определения коэффициента теплопроводности . При этом нужно знать радиусы нити r, цилиндра rц, длину цилиндра L, поток тепла Q и разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра Tr  Tц.

Нить цилиндра нагревается электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток Q становится равен Джоулевому теплу, выделяемому в нити, которое тепло легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока. Наибольшую трудность вызывает измерение температуры нагретой нити, по доступной непосредственному измерению.

Экспериментальная установка.

Схема установки представлена на рисунке ниже:

Проволока 5 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Трубка имеет двойные стенки, между которыми циркулирует вода с заданной температурой. Температура стенок трубки поддерживается термостатом 8, который управляется с пульта 8 – управления термостата. Нить нагревается электрическим током, ее температура определяется по изменению электрического сопротивления. Нить 5 включена в схему измерительного моста Уитстона (6), состоящего из магазина сопротивлений в), гальванометра г), нагрузочного б) и эталонного сопротивлений а). Параметры моста подобраны таким образом, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений в 10 раз больше сопротивления нити. Вся схема подключена к источнику питания Е, параметры которого задаются с пульта 7.

Технические характеристики установки:

- диаметр проволоки (1)    0,1 мм;

- внутренний диаметр цилиндра (5)  8 мм;

- длина проволоки (1)    0,5 м;

- материал проволоки    вольфрам;

- коэффициент температурного сопротивления

- величина Rэт     3,5 Ом;

- величина  rн     35 Ом.


ЗАДАНИЕ

1. Запустите работу.

2.   Снимите при комнатной температуре зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I. Провести измерения для 45 минимальных значений напряжения.

Результаты измерений занести в таблицу №1:

Физ. величина

TR

U

I

R

Ед. измерений

Номер опыта

К

В

А

Ом

1

2

3

4

5

Постройте график зависимости . Продлите график до пересечения с осью ординат, для определения значения сопротивления нити при I = 0. Запишите определенное значение Ro - сопротивление проволоки при комнатной температуре.

3.   Нажать кнопки «Нагрев» и «Цирк». Для различных температур стенок трубки TR (20, 40, 60, 80) проведите измерения зависимости сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при различных значениях напряжения, от 1 В до 15 В, увеличивая напряжение с шагом 23 вольта. Записывайте в таблицу значения установленного напряжения U, протекающего тока I, сопротивления проволоки R.

4. Для каждого набора значений предыдущего упражнения рассчитать поток тепла, переносимый воздухом с проволоки:

   [2]

и температуру поверхности проволоки:

   [3]

Используя результаты вычислений по формулам [2] и [3] рассчитать по формуле [1] среднеинтегральные коэффициенты теплопроводности (Tср),

где   - среднеарифметическая температура.

5. Постройте график зависимости   .  Сравните полученные значения со справочным.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №2:

Физ. величина

TR

U

I

R

Q

Tr

Tср

Ед. измерений

Номер опыта

оС

В

А

Ом

Вт

К

К

1

20

2

40

3

60

4

80

6) рассчитать погрешность косвенных измерений;

7) привести окончательный результат.

библиографический список

учебной литературы

  1.  Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
  2.  Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
  3.  Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
  4.  Иродов И.Е  Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
  5.  Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.

8

7

8

6

г)

а)

в)

б)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11685. Застосування спеціального програмного забезпечення для роботи з 8-ми розрядним мікропроцесором 309 KB
  Лабораторна робота №2 Застосування спеціального програмного забезпечення для роботи з 8ми розрядним мікропроцесором. ЗАВДАННЯ Відповідно до свого варіанта завдання за допомогою емулятору процесора К580ВМ80 записати та виконати прості арифметичнологічні операці
11686. Реалізація логічних та арифметичних операцій за допомогою восьми розрядного мікропроцесора 214.5 KB
  Лабораторна робота №3 Тема: Реалізація логічних та арифметичних операцій за допомогою восьми розрядного мікропроцесора. Мета: Перевірити на практиці правильність виконання різноманітних операцій. ЗАВДАННЯ Відповідно до свого варіанта використовуючи емулятор пр
11687. Застосування спеціального програмного забезпечення для реалізації умовних переходів при роботі з восьми розрядним мікропроцесором 269.5 KB
  Лабораторна робота №4 Застосування спеціального програмного забезпечення для реалізації умовних переходів при роботі з восьми розрядним мікропроцесором. ЗАВДАННЯ Відповідно до свого варіанта завдання за допомогою емулятору процесора К580ВМ80 написати програму щ...
11688. Научиться проводить диагностику системы с помощью программ Everest, CPU-Z, Sandra, Belarc Advisor, FreshDiagnose и д.р 401 KB
  Лабораторная работа №5 Тема: Диагностика основных блоков ПК. Цель работы: Научиться проводить диагностику системы с помощью программ Everest CPUZ Sandra Belarc Advisor FreshDiagnose и д.р. Теоретические сведения Компьютер высокотехнологичная вещь он состоит из множества неза...
11689. Вивчення архітектури материнської плати 35.5 KB
  Лабораторна робота №6 Тема: Вивчення архітектури материнської плати. Мета: Визначити архітектуру та основні складові системної плати. Структура заняття І. Організаційна частина заняття. Перевірка присутності студентів на занятті. ІІ. По...
11690. Застосування постійного запамятовуючого пристрою (BIOS) для визначення конфігурації ЕОМ 33 KB
  Практична робота №7 Тема: Застосування постійного запамятовуючого пристрою BIOS для визначення конфігурації ЕОМ. Мета: Отримати практичні навички при роботі з базовою системою введення виведення даних BIOS. Структура заняття І. Організаційна частина зан
11691. Програмування таймера 61.5 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №8 Тема: Програмування таймера. Ціль: Вивчення функцій системного таймера і закріплення практичних навичок роботи з ним. Теоретичні відомості. Усі компютери IBM містять 3х канальніий 16ти розрядний пристрій званий системним таймером. Для...
11692. Діагностика памяті 107 KB
  Лабораторна робота №9 Діагностика памяті Ціль роботи: вивчити теоретичний матеріал по даній темі ознайомитися з настроюванням таймінгов памяті в BІOS SETUP ознайомитися з програмами для перевірки й тестування системної памяті MemTest86 TestMem 4 SM Everest вивчити апаратні й...
11693. Програмування клавіатури 44 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №10. Тема: Програмування клавіатури. Ціль: Навчитися управляти перериваннями клавіатури. Теоретичні відомості Порти для роботи з к...