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

16 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

1593. Исходы абортов: мумификация, мацерация, гнилостное разложение 18.99 KB
  Аборт — прерывание беременности до момента, когда плоды становятся зрелыми и способными к внеутробному существованию.
1594. Прерывание беременности. Классификация абортов 18.79 KB
  Аборт - это прерывание беременности с последующим рассасыванием зародыша, мумификацией, мацерацией, путрификацией либо изгнанием из матки мертвого неизмененного плода (выкидыша) или незрелого живого плода (недоноска).
1595. Клиническая и рефлексологическая оценка племенных производителей 18.58 KB
  Клиническое исследование животного дает специалисту комплекс точных данных для постановки диагноза, позволяет сделать прогноз и назначить соответствующее лечение. Наружное исследование начинают с общего осмотра животного, затем осматривают круп и наружные половые органы.
1596. Клинические исследования молочной железы 18.95 KB
  Молочная железа, вымя коровы - железистый орган, состоящий из 4 четвертей; каждая из них внизу заканчивается соском. Вымя осматривают сзади и сбоку; при этом обращают внимание на его форму, сохранность волосяного покрова, цвет кожи; выявляют повреждения, кожные заболевания или их следы
1597. Конструкция искусственных вагин используемых в ветеринарии 19.23 KB
  Искусственная вагина - прибор, состоящий из цилиндра, изготовленного из металла, резины или эбонита, в просвет которого вставлена эластичная резиновая трубка. Искусственная вагина для быка имеет цилиндр из толстой резины и эластичную камеру, концы которой завернуты на концы цилиндра.
1598. Контроль за животными в послеродовый период. Ранняя акушерско-гинекологическая диспансеризация на фермах 21.01 KB
  Необходимость этого обусловлена тем, что организм животного, ослабленный беременностью и родами, в этот период необходимо в рацион включать легкопереваримые корма, богатые витаминами и минеральными солями, и скармливать эти корма нужно небольшими порциями.
1599. Кормление, содержание и эксплуатация производителей 21.45 KB
  Кормление производителей по энергетическому уровню должно быть таким, чтобы они постоянно находились в заводской кондиции. Во избежание ожирения или, напротив, снижения упитанности их ежемесячно взвешивают.
1600. Краткая история развития ветеринарного акушерства, гинекологии и биотехники размножения животных. Роль и достижения отечественных ученых 21.79 KB
  Элементы ветеринарного акушерства зарождались в то время, когда человек начал приручать животных, и возникла необходимость в простейших приемах родовспоможения. Постепенно накапливался акушерский опыт у определенных людей, появились так называемые знахари, которые передавали свои знания другим поколениям.
1601. Макроскопическая оценка качества спермы: объем, цвет, консистенция, запах 18.5 KB
  Доброкачественная сперма должна содержать достаточное количество живых, устойчивых во внешней среде и способных принять участие в оплодотворении спермиев.