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

400 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

64429. Покращення діяльності підприємств автосервісу на основі оптимізації виробничих процесів 157.5 KB
  Необхідність філософського аналізу ціннісних установок особистості в освітньому процесі полягає не тільки в тому аби втілити до досліджень філософії новий аспект а й тому що такий аналіз освіти перебуває...
64430. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КОНКУРЕНТОСПРОМОЖНОСТІ ПРОДУКЦІЇ АПК УКРАЇНИ НА ЗОВНІШНІХ РИНКАХ 303 KB
  В сучасних умовах посилення глобалізації світових господарських звязків питання забезпечення конкурентоспроможності продукції АПК у сфері зовнішньої торгівлі належить до пріоритетних завдань національного економічного розвитку.
64431. НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДОЛОГIÏ ФОРМУВАННЯ ТА КОНТРОЛЮ ЯКОСТI ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ ПРОДУКТIВ ПЕРЕРОБЛЕННЯ ПЛОДIВ ТА ОВОЧIВ 372 KB
  Окисленi форми речовин редокссистеми морквяного соку Вiдновленi форми речовин редокссистеми морквяного соку Окисленi форми речовин редокссистеми капустяного соку Вiдновленi форми речовин редокссистеми капустяного соку...
64432. ПРАВОВИЙ СТАТУС СУБ’ЄКТІВ АДМІНІСТРАТИВНОГО СУДОЧИНСТВА 134 KB
  Теорія та практика адміністративного судочинства надають особливого значення важливому елементу структури адміністративнопроцесуальних відносин субєктам які згідно із Законом мають статус учасників судового процесу.
64433. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ МІКРОДУГОВОГО ОКСИДУВАННЯ СПЛАВІВ АЛЮМІНІЮ У ЛУЖНИХ СЕРЕДОВИЩАХ 549 KB
  Поширене застосування алюмінію і його сплавів як сучасних конструкційних матеріалів та носіїв для активних систем різноманітного призначення обумовлено особливостями їх фізикомеханічних та хімічних властивостей.
64434. СТАНОВЛЕННЯ БІПОЛЯРНОСТІ СВІТОВОГО ВАЛЮТНОГО РИНКУ ЯК ФАКТОР ВАЛЮТНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ 260 KB
  Зі створенням валютної системи в рамках Європейського Союзу та введенням в обіг спільної грошової одиниці в межах світової економіки виникає принципово нова система валютних відносин що базується на функціональній взаємодії двох основних...
64435. АВТОМАТИЗАЦІЯ СИНТЕЗУ СХЕМНИХ МАКРОМОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТІВ, ЩО ОПИСУЮТЬСЯ СИСТЕМАМИ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНИХ РІВНЯНЬ 868 KB
  Для досягнення поставленої мети було необхідно розвязати такі задачі: проаналізувати існуючі методи та засоби моделювання систем з компонентами різної фізичної природи; розробити методи побудови схемних макромоделей компонентів що описуються системами диференціальних рівнянь різних типів...
64436. ФІНАНСОВЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДІЯЛЬНОСТІ ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ 322.5 KB
  Основою ефективної діяльності вищого навчального закладу що функціонує на ринку освітніх послуг є достатнє та стабільне фінансове забезпечення. Вирішення цієї проблеми на мікрорівні стає можливим за умов ефективного управління фінансовим...
64437. ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ ОРГАНІВ МАШИН ДЛЯ ПОВЕРХНЕВОГО ВНЕСЕННЯ САПРОПЕЛІВ 264.5 KB
  Тому одним із актуальних завдань сільськогосподарського виробництва є покращення родючості ґрунтів за рахунок якісного поверхневого внесення сапропелів як органічних добрив що потребує обґрунтування конструктивних технологічних і кінематичних параметрів робочих органів...