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

23 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

45870. Особенности конструкций инструментов для автоматизированного производства 12.54 KB
  Особенности конструкций инструментов для автоматизированного производства. К этому инстрту предъявся повышенные требования е его качеству к точности размеровгеометрой формы качеству заточки. инструм. инстров с мехим креплением многогранных неперетаых пластинок из тверд.
45871. Литьё в кокиль (технология) 172.5 KB
  Литьё в кокиль { технология }. сплавов на долю кокильного литья приходится 40. Основной особенностью кокильного литья явл. При литье чугунных деталей в кокиль возможно получении отбелённого слоя что требует последующей термообработки.
45872. Автоматизация и механизация литейного производства – автоматическая линия литья в ПГФ 1.53 MB
  Автоматизация и механизация литейного производства автоматическая линия литья в ПГФ. Автоматич. процесса и соединённого автоматич. траспортом а также снабжённого автоматич.
45873. Основные понятия заготовок 36 KB
  Прогрессивные заготовки должны отвечать след.Формы и размеры заготовки должны быть так приближены формы и размерам детали. Технологический процесс получения заготовок заключается в последовательном изменении формы размеров шероховатости поверхности а также свойств исходной заготовки и её материала. процесса получения заготовки.
45874. Виды механической обработки материалов резанием 77.21 KB
  Виды обработки резанием Согласно действующему в нашей стране стандарту ГОСТ 25761 83 все виды механической обработки металлов и материалов резанием подразделяются на лезвийную и абразивную обработку. К лезвийной обработке относятся все виды обработки резанием которые осуществляются лезвийным инструментом: точение растачивание долбление сверление зенкерование развертывание фрезерование протягивание. Фрезерование применяют для обработки плоскостей пазов с прямолинейным и винтовым направлением шлицев тел вращения разрезки...
45875. Тепловые явления при резании. Баланс теплоты при резании металлов. Температура резания 860.6 KB
  Температура резания. Исследования процессов теплообразования при резании позволили определить направление и интенсивность тепловых потоков градиенты температур в контактных областях и характеристики температурного поля в зоне резания деталью и окружающей средой а также получить качественное и количественное представление о тепловом балансе при резании различных материалов. Ребиндера установлено что более 995 работы резания переходит в тепло. Температура резания.
45876. Качество обрабатываемой поверхности и поверхностного слоя детали 61.08 KB
  Качество обрабатываемой поверхности и поверхностного слоя детали. Качество детали можно определить геометрическими и физикомеханическими характеристиками её поверхности и поверхностного слоя. Показатели качества детали: геометрические характеристики шероховатость волнистость отклонение формы; физикомеханические характеристики микротвёрдость остаточное напряжение структура. Упрочнение поверхностного слоя: при обработке детали под действием сил резания поверхностный слой металла испытывает упругопластическое деформирование.
45877. Изнашивание режущего инструмента в процессе резания. Критерии и кривые износа 168.52 KB
  Изнашивание режущего инструмента в процессе резания. В процессе работы инструмента в результате высокого контактного давления высокой температуры в зоне резания и большой относительной скорости перемещения происходит износ лезвий инструмента. Различают следующие виды износа: 1 Износ по задней поверхности инструмента. 2 Износ по передней поверхности инструмента.
45878. Критерии оптимизации режима резания при точении. Выбор инструментального материала для резцов 108.19 KB
  Критерии оптимизации режима резания при точении. Основной целью оптимизации является установление таких числовых значений элементов режима резания глубины резания подачи и скорости которые позволяют наиболее производительно с наименьшими затратами осуществлять механическую обработку детали и надежно обеспечить заданное качество обработки. Определить глубину резанияt: t = Dd 2 мм. При черновой обработке необходимо стремиться работать с максимально возможной в данных условиях глубиной резания равной всему припуску или большей части...