726

Определение теплопроводности твёрдого тела (пластина).

Лабораторная работа

Физика

Определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. Физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Коэффициент теплопроводности алюминия методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латуни).

Русский

2013-01-06

133.5 KB

345 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный университет

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №18

Определение теплопроводности твёрдого тела (пластина).

По дисциплине  __________________________________________________________

________________________________________________________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

    

Автор: студент гр.   ________       ____________________  /________________/

                    (подпись)   (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА: _____________

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ

Преподаватель      ___________           ________________          /________________/

                   (должность)                                      (подпись)                                                 (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2012 год

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Краткие теоретические сведения: 

  1.  Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.
  2.  Основные определения:

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена между телами, [Т]=К.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.

Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

  1.  Используемые законы:

Закон Фурье:

В установившемся режиме поток энергии, передающийся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

 

jE = −λ*(dTdx),

где , jE - плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х,

λтеплопроводность (Вт/(м*К),

 dTdxградиент  температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке (К/м).

Знак минус показывает, что энергия переносится в направлении убывания температуры.

λ = 1/3*cVρ<υ><ℓ>,

где cV – удельная теплоёмкость газа при постоянном объёме (Дж/(кг*К)), ρ – плотность газа (Па),

<υ> - средняя скорость теплового движения молекул (м/с),

<ℓ> - средняя длина свободного пробега (м).

  1.  Теоретически ожидаемый результат:

χ= 80 Вт/(м*К)

Схема установки:

1 - нагреватель, 2,3 – пластины, 4 – холодильник, 5 – стенки, 6 – блок питания, 7 – пульт термостата, 8,9,10 – термопары, 11,12,13 – табло термопар, 14 – блок питания

Технические характеристики установки:

Эталонная пластина – латунь.

Исследуемая пластина – алюминий.

d1 эталонной пластины = 6 мм = 6 * 10-3 м

d2 исследуемой пластины = 10 мм =10-2 м

χ1 эталонного материала = 110 Вт/(м*К)

Расчётные формулы:

(1)

где χ1 – коэффициент теплопроводности эталонной пластины, d1 – толщина эталонной пластины, d2 – толщина исследуемой пластины, ΔТ1 – перепад температур на эталонной пластине,  ΔТ2 – перепад температур на исследуемой пластине.

        ΔТ1 = Т1 - Т2   (2)

где Т1 – температура на 1 термопаре, Т2 – температура на 2 термопаре.

        ΔТ2 = Т2 – Т3   (3)

где Т2 – температура на 2 термопаре, Т3 – температура на 3 термопаре.

Погрешности прямых измерений:

U прибора =1 B

Δ(ΔТ1) прибора = ±0,01К

Δ(ΔТ2) прибора = ±0,01К

ΔТ1 прибора = ±0,01ºС

ΔТ2 прибора = ±0,01ºС

ΔТ3 прибора = ±0,01ºС

Δd1 прибора = ±0,001 м

Δd2 прибора  = ±0,001 м

Расчёт абсолютной погрешности косвенных измерений:

-абсолютная погрешность коэффициента теплопроводности:

Результаты измерений:

Таблица 1

Физ. величина

U

Т1

Т2

Т3

ΔТ1

ΔТ2

χ2

Δχср

 Ед. изм.

№ измерения

В

ºС

ºС

ºС

К

К

Вт/(м*К)

Вт/(м*К)

1

25

20,04

20,02

20,00

0,02

0,02

183,3

155,18

2

50

20,14

20,08

20,00

0,06

0,08

137,5

3

100

20,56

20,31

20,00

0,25

0,31

147,85

4

200

22,25

21,23

20,00

1,02

1,23

152,03

Пример вычислений:

χ2 = (110*10-2*0,06)/(6*10-3*0,08) =137,5 Вт/м*К

Δχср = (183,3+ 137,5 + 147,85 + 152,03)/4 =155,18 Вт/м*К

Расчёт погрешностей косвенных измерений:

Δχ2 = 155,18* (0,001/0,01+0,02/20,04+1/110+0,001/0,006+0,02/20,02) = 0,43 Вт/м*К

Окончательный результат:

χ2= 137,5±0,43 Вт/м*К

Вывод: В ходе работы определен коэффициент теплопроводности алюминия методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латуни) χ = 137,5±0,43 Вт/м*К. Табличное значение коэффициента теплопроводности латуни χ = 110 Вт/м*К. Полученное значение отличается от исходного примерно  на 25 %.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83417. Гра «Квест» 227 KB
  Учасникам видається завдання якщо ви вірно розгадуєте його за відведений час то одержуєте завдання в якому зашифровано номер чи назву кабінету в якому вам дадуть наступне завдання. Дискваліфікація за ЧІТ передавання відповіді іншій команді обох команд Команди самі слідкують за часом...
83418. Микола Трублаїні «Тико і Волохан» 30 KB
  Вибіркове читання оповідання Ю. Про той холодний край людей які живуть там письменник розповів у своїх оповіданнях. Вступова бесіда до оповідання З оповідання Миколи Трублаїні ми дізнаємося про життя людей у тундрі на березі холодного Північно-Льодовитого океану.
83419. Леся Українка і її вірші для маленьких. Робота з дитячою книжкою 253.5 KB
  Мета: ознайомити дітей з життям і творчістю Лесі Українки, її творами для малят; удосконалювати навички виразного усвідомленого читання; формувати вміння зв’язно, послідовно передавати почуте; розвивати пізнавальну активність школярів, усне мовлення, естетичні смаки; збагачувати словниковий запас учнів...
83420. А. Барто «Лебединое горе». Пословицы. Е. Благинина «Елка». Загадки 44.5 KB
  Работать над содержанием произведений. Формировать навыки выразительного чтения. Развивать познавательный интерес, связную речь, мышление, умение анализировать. Обогащать словарный запас. Воспитывать любовь к природе, желание приходить на помощь, сочувствие к чужому горю; чувства любви и дружбы.
83421. «Риторика та поезія» С.Я. Маршак 28.5 KB
  Реалізувати пропедевтичні знання про поетичну творчість дитячого поета С.Я. Маршака через методи інтерактивного навчання, розвивати уміння відрізняти риторичні не словесні засоби спілкування від літературних (поетичних)засобів, закріплювати уміння декламувати вірш з риторичними засобами...
83422. Здається, байка просто бреше, а справді ясну правду чеше. Л.Глібов «Лебідь, Щука і Рак», «Коник-стрибунець» 37 KB
  Ознайомити дітей із жанром байки; розвивати способи і види читання байки вчити передавати в інтонації характери дійових осіб оцінювати їхні вчинки виявляти мотиви їхньої поведінки; виховувати в дітей товариськість любов до праці. Сьогодні ми ознайомимося з новим розділом Байки.
83423. У різні пори року приваблива земля 237.5 KB
  У зелених пишних шатах у яскравому вінку прийшла до нас весна. Не забула весна заглянути і в ліс посіяла там травицю пролісками заквітчала галявини задзвеніла піснями пташок. Весна стала господаркою і в нашому краї а земля дочекалася працелюбних рук.
83424. Два різних світи – одне ціле. Програма виховної роботи 340 KB
  Дорослішання сучасної молоді відбувається в складних умовах. Нестабільність сімейного інституту, неактуальність традиційної підготовки молоді до шлюбу диктують необхідність використання спеціальних заходів для надання допомоги дітям в усвідомленні своєї статевої приналежності, формування адекватного...
83425. Розважально-пізнавальна програма. Сім’Я. Сім’Я. Сім’Я 105 KB
  А зараз з великим задоволенням разом рушимо вперед. Кожному з вас доведеться сім разів проявити себе. Оскільки в сім’ї тільки починає складатися життєвий досвід дитини, тому, проявляючи своє Я, він має право звернутися по допомогу або до мами, або до тата, а, може, і до обох відразу.