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

10 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

3213. Человек как уникальный вид живой природы 59.5 KB
  Человек относится к царству животных, так как он использует готовые вещества для питания, то есть гетеротрофен. Его клетки не имеют целлюлозных оболочек, нет хлоропластов- то есть состоит из типично животных клеток...
3214. Бизнес-план обеспечения благоустройства сельского населения как механизм развития села на примере РСХПКК Саха Кредит РС(Я) 7.04 MB
  Введение С общеэкономической точки зрения планирование – это механизм, который заменяет цены и рынок. В рамках рыночной системы главным координатором действий ее участников являются цены. Именно цены определяют выгодное для продавцов и покупате...
3215. РЕДУКТОР КОСОЗУБИЙ ОДНОСТУПІНЧАТИЙ 550 KB
  Редуктором називають механізм, який складається з зубчастих або черв\'ячних передач, виконаний у вигляді окремого агрегату і служить для передачі обертання від вала двигуна до вала робочої машини. Кінематична схема приводу може включати, окрім редуктора, відкриті зубчасті передачі, ланцюгові або пасові передачі.
3216. Проектирование привода ленточного транспортера для конвейера 1002 KB
  Задание на курсовой проект. Кинематический расчет привода. Выбор электродвигателя. Мощность на выходе. Требуемая мощность электродвигателя. Частота вращения приводного вала редуктора. Определение обще...
3217. Совершенствование организации оценки и аттестации персонала на примере районного отдела народного образования г. Данкова Липецкой области 1.64 MB
  Введение Глава 1. Теоретико – методологические основы организации оценки и аттестации персонала 1.1. Деловая оценка персонала: подходы, понятие, виды, этапы 1.2. Методы деловой оценки персонала 1.3. Организация процесса аттестации персонала в г...
3218. Проектирование детали Вал-шестерня и ее технологические характеристики 959 KB
  Введение. Машиностроение – важнейшая отрасль промышленности. Его продукция – машины различного назначения поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности в значительной степени зависит от уровня развития машиностроения....
3219. Монтаж санитарно-технических кабин. Кладка столбов и простенков. Сварка швов в нижнем положение. 696.22 KB
  Монтаж санитарно-технических кабин. 1. Общая характеристика санитарно-технической кабины. В настоящее время в связи с массовым строительством крупноблочных и крупнопанельных зданий решают по-новому вопросы индустриализации монтажа санитарно-технич...
3220. Проект девятиэтажного жилого дома с подвалом 48.34 KB
  Введение В данной курсовой работе разработан проект девятиэтажного жилого дома с подвалом. Проект разработан в соответствии с заданием на проектирование. Объемно-планировочное конструкционное решение здания соответствует требованиям нормативной доку...
3221. Технологические харатеристики детали 532 KB
  Данная деталь называется «вал-шестерня» и служит для установки сопрягаемых деталей и передачи вращающего момента. Вал устанавливается в корпусе редуктора с помощью двух подшипников. Вращение передается через шпонку.