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

429 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

23423. Виртуальная компания – реальность XXI века 120.12 KB
  Для участников виртуальной организации присущи не только определенные роли но и статусы. Статус гарантирует предоставление возможности по доступу к контенту различный уровень анонимности конформность поведения определенных участников виртуальной компании групповую идентичность. Принципы формирования виртуальных компаний[1] Управление виртуальной компанией базируется на представлениях инициаторов проекта работодателей разработчиков. Архитектура сети выбирается с учетом максимальной эффективности деятельности виртуальной компании в...
23424. ПОИСК В ИНТЕРНЕТЕ. ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА 1.08 MB
  По мере роста общего количества пользователей Интернета а среди них числа владеющих английским языком эти ограничения всё в большей степени снимаются что закономерно ведёт к уменьшению спроса на услуги журналистов. electronic mail технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений называемых письма или электронные письма по распределённой в том числеглобальной компьютерной сети. Акадо российский телекоммуникационный холдинг оказывающий услуги доступа в...
23425. Сообщения SIP 27.68 KB
  Реферат Протокол SIP разрабатывался с расчетом на возможность использования любых транспортов но тем не менее наиболее предпочтительным является использование UDPпакетов это позволяет повысить производительность по сравнению с использованием протокола TCP но требует использования дополнительных механизмов проверки доставки сигнальных сообщений. Так как телефония с использованием протокола SIP позволяет использовать большое количество разнообразных сервисов помимо передачи голоса возможна...
23426. Уровни сетевой архитектуры 72.79 KB
  Компьютерные сети по своей структуре очень сложны. Для начала проведем грань между работой программных и аппаратных средств сети. В сети может работать разнообразное по технологии оборудование от него зависят возможности сети: производительность надежность и т. и разнообразное программное обеспечение: сетевые операционные системы приложения от него зависят те же возможности сети прозрачность безопасность.
23427. Города на территории Беларуси в IX – середине XIII в.: происхождение названий и хозяйственная жизнь горожан 13.54 KB
  Причинами превращения городищ в города были: отделение ремесла от земледелия проживание ремесленников в местах близких к источникам сырья развитие обмена продуктами земледелия на вещи сделанные ремесленниками. Города возникали на перекрестках дорог и рек. Города IX XIII вв. Внутренняя часть города укрепленная валами рвами стенами называлась детинцем.
23428. Развитие культуры на белорусских землях в IX - середине XIII вв. Религиозные деятели 15.29 KB
  Своих высот книжная культура достигла в творчестве Евфросиньи Полоцкой Кирилла Туровского Аврамия Смоленского Клима Смолятича а также неизвестного автора Слова о полку Игореве. О ее жизни рассказывается в Житии Евфросиньи Полоцкой. Полоцкой Каложская церковь Каменецкая вежа. Полоцкой мастер Лазарь Богша сделал шестиконечный крест.
23429. Причины образования Великого княжества Литовского 17.53 KB
  Причины образования Великого княжества Литовского Причинами образования ВКЛ были следующие: внутриполитические. При княжении великих князей Витеня 12951316 и Гедимина 13161341 в состав ВКЛ вошли почти все белорусские земли. За время его правления территория ВКЛ увеличилась почти в 2 раза и оно стало называться ВКЛ Русское и Жемайтское. Эти факты позволяют говорить о федеративной форме государственного устройства ВКЛ.
23430. Укрепление великокняжеской власти в ВКЛ в первой половине XIV в. Происхождение названия княжества 12.98 KB
  Укрепление великокняжеской власти в ВКЛ в первой половине XIV в. Происхождение названия княжества Укрепление единовластия в ВКЛ произошло при великом князе Гедимине в 13161341 гг. Большая часть белорусских земель вошла в состав ВКЛ. Территория ВКЛ увеличилась в 3 раза.
23431. Государственный строй ВКЛ в середине XIII – XIV в. Борьба за великое княжение 16.03 KB
  стал его старший сын от второй жены Ягайло. В начале своего правления Ягайло стремился продолжать политику своего отца. Однако старшие братья Ягайло от первой жены Ольгерда считали себя обиженными. Ягайло столкнулся с противодействием недовольных князей группировавшихся вокруг полоцкого князя Андрея.