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

19 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

31490. Значення і теоретичні основи фінансового аналізу 166.5 KB
  Значення і теоретичні основи фінансового аналізу Лекція 1 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів з питаннями необхідності та сутності фінансового аналізу; видами фінансового аналізу; привчати творчо оперувати набутими знаннями розвивати логічне мислення студентів. ПЛАН Необхідність та сутність фінансового аналізу. Предмет завдання напрями і принципи фінансового аналізу.
31491. Значення і теоретичні основи фінансового аналізу. Моделі фінансового аналізу 245.5 KB
  Значення і теоретичні основи фінансового аналізу Лекція 2 2 год. Мета заняття: ознайомити студентів з методами прийомами моделями та факторами фінансового аналізу; привчати творчо оперувати набутими знаннями розвивати логічне мислення студентів Методи і моделі фінансового аналізу. Прийоми фінансового аналізу. Субєкти і користувачі фінансового аналізу.
31492. Інформаційне забезпечення фінансового аналізу 243.5 KB
  Для того щоб мати чітку уяву про фінансовий стан підприємства потрібно вміти правильно розподілити ресурси виявити напрями які потребують розвитку визначити головні питання котрі потребують корегування. Чи знаєте Ви який фінансовий стан підприємства Знаходиться воно в стадії підйому чи скорочення своєї діяльності Скільки це буде продовжуватись Наскільки ефективно працює підприємство та що можна зробити для підвищення рентабельності Ці відповіді можна знайти коли Ви розберетесь у фінансових звітах. Нормативнодовідкова інформація...
31493. Інструменти виділення, канали і маски. Фотомонтажі 891.41 KB
  Photoshop має в своєму розпорядженні багатий набір засобів виділення серед яких інструменти виділення Mrquee Область Lsso Лассо Mgic Wnd Чарівна паличка; інструменти виділення контурів Pth Tools; спеціальна команда Color Rnge Колірний ряд; особливий режим виділення Quick Msk Швидка маска. Виділення і трансформація областей У Photoshop велика частина операцій редагування діють лише в межах виділеної області. Приклад обробки виділення кистю Для виділення областей правильної геометричної форми є чотири інструменти які зібрані...
31494. Інструменти кольорової коррекции і ретушування 734.31 KB
  Інструменти з групи Освітлювач У цьому вікні: Dodge Освітлювач для освітлення областей і збільшення яскравості зображення; Burn Затемнювач для затемнення областей і зменшення яскравості зображення; Sponge Губка міняє насиченість контраст зображення. Інструменти з групи Розмиття У цьому вікні: Blur Розмиття пом'якшує кордони між об'єктами; Shrpen Різкість збільшує чіткість зображення; Finger Палець розмазує розтушовує колір. Перший варіант надає можливість створення точних копій елементів зображення а другий колірних зразків...
31495. Шрифт і текст 1001.83 KB
  Різниця та ж що і між точковими і векторними зображеннями.FON це точкові зображення добре пристосовані для швидкого виводу на екран. Атрибути стилю тексту включають наступні поняття як: гарнітура шрифту зображення кегль інтерліньяж міжбуквений просвіт междусловный пропуск виключення відступ першого рядка втяжка відступи справа і зліва міжабзацне відбиття інші прийоми оформлення мал. Список Set the font style Встановити зображення призначений для вибору стилю написання тексту напівжирний курсив підкреслений або інший.
31496. Комп’ютерна графіка. Основні поняття комп'ютерної графіки 146.89 KB
  Річ у тому що будьяке цифрове зображення на комп'ютері характеризуються набором його таких параметрів як розмір дозвіл формат і тип колірної моделі. Перераховані параметри і визначають якість растрового зображення а також розмір графічного файлу. Дозвіл зображення Растрове зображення формується з сукупності крихітних елементів званих пікселями. Якщо вдуматися то стає очевидним що чим вище дозвіл тим більшу кількість пікселів містить зображення і тим більшою кількістю деталей тобто якістю таке зображення характеризується.
31497. Інтерфейс Photoshop CS5 577.95 KB
  Інтерфейс елементи головного вікна графічного редактора При запуску dobe Photoshop ми побачимо головне вікно програми показане на мал. Мал. Інтерфейс dobe Photoshop Панель управління і головне меню У верхній частині вікна Photoshop знаходиться головне меню що містить практично всі команди для налаштування і здійснення процесу редагування зображення а також панель управління яка також призначена для налаштування і запуску безлічі функціональних можливостей програми мал. Мал.
31498. ФОНДОВИЙ РИНОК 142 KB
  Загальна характеристика фондового ринку Фондовий ринок ринок цінних паперів сукупність учасників фондового ринку та правовідносин між ними щодо розміщення обігу та обліку цінних паперів і похідних деривативів. В економічній літературі терміни фондовий ринок і ринок цінних паперів стали майже синонімами. Основними інструментами фондового ринку є цінні папери різних видів типів які формують свої сегменти: грошового ринку ринку цінних паперів ринку капіталів фондового ринку. Сучасний світовий фондовий ринок розвивається за...