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

412 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

74926. Закріплення вивчених випадків усного множення і ділення в межах 1000 126.5 KB
  Мета: закріплювати навички множення та ділення в межах 1000, вміння розв’язувати задачі, рівняння. Розвивати пізнавальну активність, творчі здібності учнів, вміння працювати групами. Виховувати любов та бережливе ставлення до природи.
74927. Сложение и вычитание трёхзначных чисел. Решение простых и составных задач на приведение к единице 64 KB
  Необходимо например знать сколько топлива необходимо для тракторов. Один трактор за 4 часа израсходовал 24л топлива. Второй трактор за 1 час израсходовал на 2л топлива больше чем первый. Сколько топлива израсходует второй трактор за 8 часов Составление краткой записи.
74928. Гроші як міра вартості 44.5 KB
  Ввести поняття грошей як міри вартості. Ситуація розриву Про які величини мірки яких відносяться одна до одної як 1 до 100 ми ще не згадували мова йде про гроші як про мірку вартості Яке ж призначення грошей ІІІ. Постановка навчальної задачі...
74929. Составление таблиц к текстам задач на движение, работу и куплю-продажу 52 KB
  Мы ошиблись мы перепутали характеристики процессов S и T. Надо запомнить характеристики процессов и какими буквами они обозначаются. Можно написать характеристики процессов на карточке чтобы они всегда были перед глазами. дети записывают характеристики процессов на доске...
74930. Знаходження значень виразів на сумісні дії. Задачі на спільну роботу 56.5 KB
  МЕТА: Закріплювати і узагальнювати навички ділення багатоцифрових чисел на круглі десятки, сотні; повторити прийоми розв’язування задач на рух; розвивати пізнавальний інтерес, мислення; виховувати бережливе ставлення до природи.
74931. Ознайомлення з дробами. Запис дробу. Розв’язування задач 56 KB
  Мета. Показати утворення дробу, вчити читати і записувати дроби, ознайомити учнів із термінами чисельник і знаменник; розвивати логічне мислення; виховувати увагу, бережне ставлення до природи.
74933. Застосування способу округлення при додаванні і відніманні. Розв’язування задач 69.5 KB
  Виховувати ціннісне ставлення до збереження власного здоровя любов і увагу до ближнього. Хочу чути чого б ви усім побажали Всі разом Всім присутнім здоровя ми зичим й добра. Ці ключики непрості вони є складовими здоровя. Давайте пригадаємо які чотири складові має здоровя...
74934. Квадратный метр 50.5 KB
  Цель: познакомить учащихся с единицей измерения площади – квадратным метром и систематизировать их представления об основных единицах измерения площади; формировать умение решать задачи, совершенствовать вычислительные навыки и умения в решении примеров и уравнений.