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

39748. Развитие мышления в онтогенезе 64.5 KB
  Пиаже отмечал что: 1 изменения внутри каждой стадии обычно количественны и линейны изменения между стадиями носят качественный характер; 2 последовательность прохождения этих четырех стадий обязательно и чтобы достичь очередной стадии ребенок должен пройти через все предыдущие. В последующем ребенок может осуществлять поведение с иной целью чем собственно поведение. Координирование таких средств и целей происходит на следующем этапе третичные схемы когда ребенок может проделывать с объектом несколько различных вещей взять его...
39749. Речь и мышление 338.98 KB
  Общая характеристика речи. Значение речи в жизни человека Определение речи Речь и язык. Понятие языка Понятие речи Отличие языка от речи Теории речи. Рефлекторный характер речевой деятельности Динамическая локализация речи Соотношение центра с периферией Восприятие и понимание речи Функции речи.
39750. Самооценка и уровень притязаний в современной психологии 88 KB
  Она тесно связана с уровнем притязаний человека степенью трудности целей которые он ставит перед собой. Самооценка тесно связана с уровнем притязаний личности т. Люди с реалистичным уровнем притязаний отличаются уверенностью в своих силах настойчивостью в достижении цели большей продуктивностью критичностью в оценке достигнутого.
39751. Способности 109.5 KB
  Классификация способностей Специфически человеческие способности принято разделять на общие и специальные высшие интеллектуальные способности. Следует отметить что наличие у человека общих способностей не исключает развития специальных способностей и наоборот. Большинство исследователей проблемы способностей сходятся на том что общие и специальные способности не конфликтуют а сосуществуют взаимно дополняя и обогащая друг друга. Более того в отдельных случаях высокий уровень развития общих способностей может выступать в качестве...
39752. Темперамент 131 KB
  Общая характеристика темперамента Каждый человек уникален и неповторим. Свойства темперамента это и есть такие индивидуальные свойства которые определяют течение т. Однако динамика психической деятельности зависит не только от темперамента. Например любой человек не зависимо от его темперамента при наличии интереса работает энергичнее быстрее а при отсутствии медленнее и вяло.
39753. Теории мышления в психологии 67 KB
  Активные психологические исследования мышления ведутся начиная с 17го века однако психология мышления специально стала разрабатываться лишь в 20ом веке. не видели необходимости в социальном исследовании мышления. Считалось что мышление образно процесс мышления непроизвольная смена образов развитие мышления процесс накопления ассоциаций.
39755. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЫШЛЕНИЯ 34 KB
  Итак мы переходим к следующему вопросу Физиологические основы мышления. Центральным в человеческой теории мышления является взгляд на роль слова в рефлекторном процессе. Слово является средством умственного общения и условием развития мышления.
39756. Формы мышления 129.5 KB
  Взаимосвязь понятий и представлений очень сложна. Рубинштейн Формирование понятий Подход Менчинской Н. Образование искусственных понятий: методика двойной стимуляции. Менчинская Наталия Александровна Усвоение понятий в процессе обучения Ребенок не сразу овладевает тем или иным научным понятием этот процесс не сводится к простому копированию в сознании учащихся понятий Вводимых учителем.