50192

Определение теплопроводности твердого тела (пластина)

Лабораторная работа

Физика

Плеханова технический университет Кафедра Общей и технической физики лаборатория виртуальных экспериментов Определение теплопроводности твердого тела пластина Методические указания к лабораторной работе № 18 для студентов всех специальностей САНКТПЕТЕРБУРГ 2010 УДК 531 534 075. Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. Поток тепла dQ протекающего через однородную перегородку толщиной и площадью при разности температур определяется формулой...

Русский

2014-01-17

213 KB

8 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 твердого тела (пластина)

Методические указания к лабораторной работе № 18

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 твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Поток тепла dQ, протекающего через однородную перегородку толщиной  и площадью  при разности температур , определяется формулой

   [1]

где   - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды.

Значение коэффициента теплопроводности может быть определено непосредственно из формулы [1], если измерить на опыте величины dQ, dT, d и S. Однако точное определение dQ практически невозможно, поэтому в настоящей работе производится сравнение теплопроводности исследуемого материала 1 с теплопроводностью некоторого другого эталонного материала с хорошо известным значением коэффициента 2. При этом можно избежать измерения dQ. Суть метода следующая. Две пластинки, изготовленные из материалов с коэффициентами теплопроводности 1 и 2, зажимаются между стенками, температуры которых равны T1 и  T2 и поддерживаются постоянными во время опыта. Если толщины пластинок (d1 и d2) достаточно малы по сравнению с наименьшим линейным размером их поверхности, то можно пренебречь потерей тепла через боковые поверхности. Тогда можно считать, что тепловой поток протекает только от горячей стенки к холодной через пластины. В этом случае

       и          [2]

Из [2] получаем окончательно

     [3]

где  dT1 и dT2  - перепады температур на пластинках.

Зная теплопроводность материала одной из пластинок, используя формулу [3] легко определить на опыте теплопроводность другой пластинки. Необходимо помнить о том, что формула [3] получается в предположении сохранения теплового потока неизменным через обе пластинки, что оправдано при толщине, очень малой по сравнению с радиусом пластинки, и при теплоизоляции боковых поверхностей пластинок.

Экспериментальная установка

Схема установки изображена на рисунке ниже:

Назначение и характеристика основных элементов установки:

1. Установка состоит из пластин (2) и (3), зажатых между нагревателем (1) и холодильником (4). Пластина (2) изготовлена из материала с известным коэффициентом теплопроводности, пластина (3) - из исследуемого материала. Толщина пластины (2) - dэт, толщина пластины (3) - dиссл. Форма пластин - диск, радиус 20 см, причем толщина пластины более чем в 10 раз меньше диаметра. Между всеми соприкасающимися поверхностями проложена термопроводящая паста.

2. Нагреватель (1) подключен к регулируемому блоку питания (6). Управление термостатом осуществляется с пульта блока питания (7). Сопротивление спирали нагревателя R - 50 Ом, максимальная мощность - 800 Вт.

3. Холодильник (4) представляет толстую медную пластину, в которой просверлены каналы, по которым циркулирует вода из термостата заданной температуры. Температура холодильника Tхол принимается равной температуре воды, установленной на термостате - 20С, не регулируется. Вся установка в теплоизоляционном кожухе.

4. Температура поверхностей пластин измеряется термопарами (8), (9) и (10), зажатыми между пластинами. Индикация температуры - на табло (11), (12) и (13) соответственно.

ЗАДАНИЕ

1. Запустите работу.

2.  Запишите материал и толщину образцовой пластины.

3.   Включите термостат в режим "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Включите блок питания.

4.  Если проводится эксперимент с металлическими пластинами, то  установите напряжение 25 В. Для прочих материалов установите напряжение 10 В.

5. Дождитесь установления теплового равновесия. Для ускорения процесса можно использовать функцию программы "Скачок во времени". Для металлических пластин достаточно 1015 мин, для неметаллов - 3040 мин.

6. Запишите разности температур на пластинах.

7. Повторяйте п.п.46 для напряжений:

- металлические пластины   25 В, 50 В, 100 В, 200 В.

- прочие материалы   10 В, 20 В, 35В, 50 В.

Физ. величина

U

T1

T2

T3

dT1

dT2

2

2ср

Ед. измерения

Номер измерения

В

оС

оС

оС

К

К

8. Рассчитайте для каждого значения напряжения коэффициент теплопроводности, найдите среднее значение.

9. По справочнику определите материал исследуемой пластины.

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.

10

9

8

1

2

3

4

5

6

7

13

12

11

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64914. Сухі будівельні суміші та жаро-корозійностійкі мурувальні розчини на їх основі 1.94 MB
  Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі: визначити ефективність використання ШЛЦ в розчинах за критеріями стійкості в умовах сумісного впливу високої температури та агресивного сульфатного середовища; визначити оптимальний склад комплексної добавки що забезпечує ефекти...
64915. Організаційно-економічні аспекти формування і управління логістичною системою товароруху підприємств АПК 256.5 KB
  Актуальність розвитку функцій логістичного управління товарорухом АПК багаторазово зросла в умовах переходу до ринкових відносин. Це пов'язано з інтенсифікацією і розширенням товарногрошових відносин з динамічним збільшенням...
64916. Становлення та розвиток сільськогосподарської дослідної справи на Поділлі (кінець ХІХ – початок ХХ ст.) 197.5 KB
  Бурхливий розвиток українських територій поступова трансформація економіки до утвердження капіталістичних відносин в усіх її сферах зміни у внутрішній політиці науці й освіті зокрема аграрній усе це сприяло становленню вітчизняної сільськогосподарської дослідної справи.
64917. Механізми формування водоефективної політики з урахуванням вимог екологічної безпеки 183 KB
  У звязку з цим одним із пріоритетних напрямів сучасної державної політики України мають стати забезпечення екологічно та техногенно безпечних умов життєдіяльності громадян і суспільства збереження навколишнього природного середовища раціональне використання природних ресурсів поліпшення...
64918. Принципи оцінки та ефективність селекції норок кольорового типу пастель за відтінками забарвлення хутра 428 KB
  Однак їх дослідження здебільшого були спрямовані на вивчення цих ознак при схрещуванні норок різного забарвлення хутра без урахування його відтінків. Це значно стримувало подальший процес удосконалення селекційної роботи з породами та типами звірів з метою покращання якості хутра...
64919. РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ КОНТРОЛЮ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛІВ ЗВ’ЯЗКУ 360.5 KB
  З усіх галузей сучасної науки і техніки, телекомунікації розвиваються найбільш стрімкими темпами. Сучасне суспільство вже неможливо представити без тих досягнень, які були зроблені в цій галузі за останній час. Відмітною особливістю сучасного етапу їх розвитку є необхідність підвищення...
64920. Програмно-апаратна організація GRID-систем на основі технології віртуальних мереж 1.49 MB
  В основному, ці роботи спрямовані на розробку інфраструктури GRID-системи, програмного забезпечення проміжного рівня, нових і вдосконаленню відомих методів планування задач в GRID-системах. При цьому більшість відомих методів планування не враховують динаміку змін обсягу ресурсів GRID-системи.
64921. Біотехнологія виробництва пребіотичного комплексу та його використання у свинарстві 594.5 KB
  Наукова новизна роботи полягає в тому що дисертант уперше розробив біотехнологію одержання нових вітчизняних комплексних пребіотичних компонентів на основі пектину та комплексів параамінобензойної кислоти ПАБК з біометалами.
64922. Удосконалення принципів проектування універсального технологічного обладнання ліній збирання та зварювання листових полотнищ 3.57 MB
  Особливо це стосується виробництва залізничних вагонів-цистерн і контейнерів-цистерн найважливішими елементами яких є зварні листові полотнища обичайок котлів що виготовляються на спеціалізованих потоково-механізованих лініях.