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

399 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

6780. Творчість як основа перетворювальної діяльності людини 21.92 KB
  Творчість як основа перетворювальної діяльності людини. Винахідництво. Раціоналізаторські пропозиції - рушійна сила у розвитку виробництва. Основні поняття: творчість, мислення, винахід, винахідництво, раціоналізаторські пропозиції 1.Творчість ...
6781. Інформаційні джерела та інформаційні технології в проектній діяльності 1.54 MB
  Інформаційні джерела та інформаційні технології в проектній діяльності 1.Інформаційні джерела як засіб проектної технології. Класифікація джерел інформації. Пошук необхідної інформації в довідниках та журналах. 2.Використання в проектній діяльності ...
6782. Технологія опрацювання інформації друкованих та електронних інформаційних джерел 886.6 KB
  Технологія опрацювання інформації друкованих та електронних інформаційних джерел. 2.Електронний спосіб аналізу та компонування інформації для проекту. 3.Сутність написання рефератів. Технологія написання навчальних, контрольних, службових та творчих...
6783. Мета, завдання і значення дизайну як сучасного методу проектування 454.62 KB
  Мета, завдання і значення дизайну як сучасного методу проектування. Основні принципи художнього конструювання. Послідовність художнього конструювання об'єктів технологічної діяльності. Технологія виконання проектної пропозиції. Мета, за...
6784. Основні етапи розробки дизайн-проекту 265.54 KB
  Основні етапи розробки дизайн-проекту. 2.Поняття експертиза виробу. 3.Поняття проектно-технологічна документація. 1.Основні етапи розробки дизайн-проекту. На цьому етапі, також здійснюється виготовлення робочої моделі та виконання робочих креслень. ...
6785. Загальні питання ергономіки. Ергономічний аналіз технологічного процесу по виготовленню певного об’єкта 74.34 KB
  Загальні питання ергономіки. Ергономічний підхід до організації праці. Ергономічний аналіз технологічного процесу по виготовленню певного об’єкта. Загальні питання ергономіки. На даний час, ергономіка являє собою достатньо розвинен...
6786. Екологічні і техногенні проблеми в перетворювальній діяльності людини 229.08 KB
  Екологічні і техногенні проблеми в перетворювальній діяльності людини Проблеми загальносвітового рівня - демографічні, екологічні, енергетичні. Техногенні проблеми в суспільстві. Інформаційна система спостереження та аналізу стану природи...
6787. Економічний аналіз проекту. Загальне поняття про економічну систему, продуктивні сили, засоби виробництва, три основних питання економіки 49.94 KB
  Економічний аналіз проекту Загальне поняття про економічну систему, продуктивні сили, засоби виробництва, три основних питання економіки продуктивність праці та основні її показники (норма часу, норма продуктивності). Прибуток і рен...
6788. Шляхи економії матеріальних ресурсів проекту (підвищення якості об’єктів проектування, зменшення ваги, багаторазове використання деяких матеріалів тощо) 37.17 KB
  Шляхи економії матеріальних ресурсів проекту (підвищення якості об’єктів проектування, зменшення ваги, багаторазове використання деяких матеріалів тощо). 2.Поняття маркетингу як дослідження ринку певного регіону. 3.Дослідження потреб ринку. 1.Ш...