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

11 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

83998. Закріплення вивченого матеріалу про частини мови 57 KB
  Мета: Систематизувати і закріпити знання дітей про частини мови. Виховувати почуття любові до рідного краю до української мови. Тож і ми часу не гаймо Урок мови починаймо Девіз уроку: Мову рідну я вивчаю Її люблю не забуваю.
83999. Розвиток зв’язного мовлення. Твір-розповідь з елементами опису. Опис калини 105 KB
  Мета: формування в учнів навички вільного володіння рідною мовою, сприяти розширенню їх словникового запасу; розвивати зв’язне мовлення учнів, уміння порівнювати і зіставляти; розширити знання дітей про калину, як рослину-символ України;виховувати любов до рідного слова...
84000. Узагальнення вивченого про прислівник 44 KB
  Мета: вдосконалювати вміння розпізнавати прислівники в усному і писемному мовленні. Розвивати вміння використовувати прислівники у текстах визначати їх роль; розвивати здатність учнів до взаємодії мовне чуття мислення увагу пам’ять; виховувати самостійність старанність наполегливість...
84001. Колективне складання текстів різного типу про осінь 207 KB
  Учитель читає вірш: Лоскоче душу промінь золотавий Убравши пишно парки і ліси Йде краєм осінь Туман ранковий стелиться над ставом І лине сум прощальної краси. звучить тиха мелодія і на дошці розміщені ілюстрації осені в природі Скажіть хто створює цю красу Так осінь.
84002. Вживання прикметників у прямому і переносному значенні 39.5 KB
  Мета: Формувати вміння розрізняти прикметники вжиті в прямому і переносному значенні; закріплювати знання про прикметники Їхню роль у тексті; розвивати інтерес до усної народної творчості; збагачувати словниковий запас учнів; виховувати любов до рідної мови.
84003. Космічна подорож. Закріплення знань про часові форми дієслова 37.5 KB
  Мета: формувати вміння учнів визначати час дієслів та змінювати дієслова за часами; спостерігати за роллю дієслів у реченні; збагачувати словниковий запас; розвивати мовлення; виховувати гордість за свою Батьківщину. Що називається дієсловом Як змінюються дієслова Як визначити час дієслова...
84004. РІД IМЕННИКIВ. ЗМІНЮВАННЯ IМЕННИКIВ ЗА ЧИСЛАМИ 96.5 KB
  Мета: - перевірити знання учнів про іменник, як частину мови, закріпити знання дітей про змінювання іменників за числами, повторити з учнями рід іменників, розвивати вміння правильно ставити рід у словах, повторити антоніми, збагачувати активний словник школярів, продовжувати роботу...
84005. Складання твору за картиною «Зима - чарівниця» 114 KB
  Мета: Ознайомити із темою уроку. Формувати вміння добирати найбільш влучні Прикметники під час складання твору. Розвивати зв’язне мовлення мислення, спостережливість. Удосконалювати чітко і повним реченням відповідати на запитання. Збагачувати словниковий запас. Виховувати любов до природи.
84006. Розвиток зв’язного мовлення. Твір «Моє місто» 133.5 KB
  Мета. Хід уроку Організація класу Актуалізація опорних знань Слово вчителя Діти послухайте вірш Моє місто Умань стародавнє. Яке місто названо у вірші З якої букви потрібно писати це слово На каліграфічній хвилинці повторимо правила написання букв У у букво сполучення із даними буквами.