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

359 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

37622. Создание единого информационного пространства образовательного учреждения 23.07 KB
  Одним из важнейших направлений информатизации современного общества является информатизация образования - процесс обеспечения сферы образования теорией и практикой разработки и использования современных информационных технологий, ориентированных на реализацию психолого - педагогических целей обучения и воспитания.
37623. Составление плана осмотра объекта 61.83 KB
  Цель задачи: Определить сроки осмотра объекта по всем поданным объектам. Требуется: Вывести план выезда страхового агента на объект. Организационноэкономическая сущность: Данная задача предназначена для того чтобы направить страхового агента на объект в соответствии с желаемой датой указанной клиентом.
37624. Економіка інтелектуальної власності 172 KB
  Економіка інтелектуальної власності. Права на об’єкти інтелектуальної власності як товару. Особливості права інтелектуальної власності як товару. Інтелектуальна власність як нематеріальний актив.
37625. Учет рисков в страховании 63.17 KB
  Дано: Ведомость предварительной стоимости объекта страхования Справочник клиентов Заявка от клиента. Требуется: Определить предварительный расчет рисков по объекту страхования. Периодичность и область применения: Предварительный расчет рисков по объектам страхования на момент запроса составляется при поступлении заявки. Техноэкономическая эффективность: Автоматизированное составление вывести предварительный расчет рисков по объектам страхования на момент запроса существенно повысит эффективность работы организации.
37626. Расчет полной стоимости объекта страхования 61.45 KB
  Цель задачи: Осуществить полной расчет стоимости объекта страхования. Дано: Предварительный расчет рисков по объекту страхования Нормативы по скидочным предложениям Справочник объектов страхования Ведомость предварительной стоимости объекта страхования. Требуется: Произвести окончательный расчет рисков страхования.
37627. МЕТОДЫ СОРТИРОВКИ 22.16 KB
  ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 Тема: МЕТОДЫ СОРТИРОВКИ ОТЧЕТ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. Постановка задачи Выполнить сравнение трех видов сортировки: метод вставки метод стандартного обмена метод пузырька и метод простого выбора. Метод вставки
37628. Теоретично-експериментальні дослідження продуктивності стрілового крана на лабораторній моделі діючого комплексу 1.46 MB
  Стрілові крани – являють собою вантажопідйомні машини загальнопромислового і спеціального призначення. Вони можуть бути стаціонарними, пересувними, повно поворотними, неповно поворотними.
37629. Циклы в Pascal 25.7 KB
  Теоретическое введение Операторы цикла Операторы цикла используются для вычислений повторяющихся многократно. Блок ради выполнения которого и организуется цикл называется телом цикла. Проверка условия продолжения цикла и модификация параметра цикла. Один проход цикла называется итерацией.
37630. Табличный процессор MS EXCEL. Создание таблицы с расчетными формулами. Использование мастера функций 128 KB
  В левой части строки формул находится поле имен где содержится адрес выделенной ячейки или размер выделяемого диапазона. В средней части строки формул расположены три кнопки предназначенные для ввода и последующей обработки содержимого ячейки. Первая кнопка с крестиком позволяет отменить последнее действие по вводу или редактированию содержимого ячейки. Правая часть предназначена для отображения содержимого выделенной ячейки.