Лабораторная работа 1
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Лабораторная работа № 1.11
Определение коэффициента теплопроводности твердого тела методом температурного градиента
В веществе (твердом, жидком, газообразном) случайно или под действием внешних причин могут возникнуть неоднородности в распределении температуры, плотности или скорости отдельных его частиц. В этом случае на беспорядочное движение его молекул накладывается упорядочное движение, которое выравнивает эти неоднородности. Это явление называется явлением переноса, т.к. оно сопровождается переносом: либо тепла, либо количества движения или массы.
Трем видам неоднородности соответствуют три явления переноса:
- теплопроводность;
- диффузия;
- внутреннее трение.
Познакомимся с 2-мя из них - теплопроводностью и диффузией.
1. Если некоторые части тела имеют разную температуру, то между этими частями возникнет явление теплопроводности.
Теплопроводностью называется явление переноса тепла из мест с большей температурой в места с меньшей.
Теплопроводность сопровождается выравниванием температуры и прекращается, когда температура всех точек тела становится одинаковой.
Теплопроводность описывается уравнением Фурье:
,
которое читается: количество теплоты, перенесенное через площадь S за время t, прямо пропорционально градиенту температуры, площади и времени переноса.
K- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, перенесенному через единицу площади за единицу времени при градиенте температуры, равном единице.
Градиентом температуры называется изменение температуры на каждой единице длины в направлении, противоположном переносу тепла:
,
grad T- вектор, направленный в сторону более высокой температуры.
Знак “-“ в уравнении Фурье означает, что направление переноса тепла происходит из точек, где его больше, к точкам, где его меньше.
2. Диффузия - перенос массы из мест с большей плотностью в места с меньшей. Она возникает, когда плотность вещества в разных местах различна.
Диффузия описывается уравнением Фика:
которое читается: количество вещества, переносимое за время t через площадь S пропорционально градиенту плотности, площади, через которую переносится вещество и времени переноса.
D - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом диффузии.
Коэффициент диффузии равен количеству вещества, перенесенного за единицу времени через единицу площади при градиенте плотности, равном единице.
Как видно, уравнения Фурье и Фика имеют одинаковый вид, что свидетельствует об их общей физической природе.
Целью работы является определение коэффициента теплопроводности К твердого тела путем сравнения его с известным коэффициентом теплопроводности другого тела
Одним из методов определения k является метод температурного градиента, который реализуется в установке, изображенной на рисунке.
Нагреватель через медную пластину передает теплоту верхнему образцу, который в свою очередь передает ее через среднюю медную пластину нижнему образцу, и в конце поглощается холодильником. Благодаря наличию нагревателя и холодильника, которые имеют заданные и неизменные температуры можно создать постоянный градиент температуры.
Медные пластины служат для создания равномерного распределения температуры по поверхности образца, а так же позволяют измерять температуру на их поверхностях. Наличие термоизоляции вокруг установки исключает потери тепла через боковые поверхности.
При включении нагревателя на установке возникает градиент температуры, направленный снизу вверх, а перенос тепла устанавливается сверху вниз. Количество теплоты, перенесенной через верхний образец, равно:
,
а через нижний слой соответственно:
,
L1, L2 - толщина соответствующих образцов.
По истечении некоторого времени установится стационарный процесс, т.е. количество теплоты, перенесенное через верхний и нижний образцы оказывается одинаковыми за один и тот же промежуток времени
.
Признак наступления стационарного процесса - постоянство температур на всех трех термометрах: каждый из них держит свою температуру.
.
Поскольку площади всех пластин и время одинаковы, они сокращаются, что позволяет определить коэффициент теплопроводности верхнего образца при условии, что коэффициент теплопроводности нижнего известен:
.
Выполнение работы
1. Включите нагреватель и откройте воду, протекающую через холодильник.
2. Через 5-7 минут на нагревателе установится заданная преподавателем температура. Через каждые 3-4 минуты снимите показания термометров и занесите их в таблицу.
|
мин |
0 |
3 |
9 |
12 |
15 |
18 |
21 |
24 |
27 |
|
t1 C0 |
|||||||||
|
t2 C0 |
|||||||||
|
t3 C0 |
Следите за установлением стационарного процесса. Когда показания каждого термометра перестанут изменяться, значит стационарный процесс наступил.
Установившиеся температуры занесите в таблицу и рассчитайте К1 .
Повторите опыт для других температур.
|
№ |
t1, C |
t2, C |
t3, C |
K1 |
K1 |
100% |
Kист = <K><K> |
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
Контрольные вопросы
1. Какие явления переноса вам известны?
2. Какие условия необходимы, чтобы возникли эти явления?
3. Что переносится при теплопроводности, диффузии?
4. Физический смысл коэффициентов теплопроводности и диффузии.
5. Что такое градиент температуры и куда он направлен?
6. В чем заключается метод температурного градиента. Что понимают под стационарным процессом?
7. Вывод рабочей формулы.
Лабораторная работа 1.12
Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха
Цель работы: определение отношения удельных теплоемкостей воздуха
Приборы и принадлежности: стеклянный баллон, насос, секундомер, манометр.
Краткая теория
1.Законы идеальных газов
При изучении процессов в газах вводят понятие идеального газа. Газ считается идеальным, если выполняются следующие условия:
1. Размеры молекул газа пренебрежимо малы.
2. Между молекулами отсутствуют силы взаимодействия,
3. Соударения молекул являются упругими.
Состояние идеального газа характеризуется тремя термодинамическими параметрами: давлением Р , объемом V, температурой Т.
Переход газа из одного состояния в другое, сопровождающийся изменением его параметров, называется процессом.
Если один из параметров остается постоянным, то процесс называется изопроцессом. Рассмотрим некоторые изопроцессы.
Изотермический процесс
Изотермическим процессом называется, процесс происходящий при постоянной температуре. Т=const. Два других параметра изменяются. Изотермический процесс описывается уравнением:
PV = const – закон Бойля-Мариотта, (1)
который читается: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная.
31 31
2. Отчет по проекту
3. 11 - Единый государственный экзамен 2004
4. темат ОБЖ 158 Алтынов М
5. Курсовая работа- Организации и ведение бухгалтерского учета
6. Оптимізація хірургічних методів лікування генералізованого пародонтиту ІІ та ІІІ ступеня тяжкості.html
7. МОДУЛЬНОРЕЙТИНГОВАЯ ОЦЕНКА УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ студентки группы п-п
8. Тема- Биосфера ~ глобальная экосистема.html
9. 1 Понятие и задачи учета финансовых вложений
10. Тема- Определённый интеграл
11. Даттебайо как и невероятное убеждение верить в добро в людях Техники- Хенге но Дзюцу
12. организованное целенаправленное фиксируемое восприятие психических явлений с целью их изучения в определ
13. Средняя общеобразовательная школа 4 п
14. Технологическая карта развивающего обучения на уроках физики в основной школе
15. реферату- Демко Многогрішний козацький полководецьРозділ- Українознавство Демко Многогрішний козацький
16. Вбитие крюка С
17. Основные понятия генетических алгоритмов- популяция особь хромосома ген генотип фенотип аллель локус ф.html
18. Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Основы теории цепей Дат
19. XXI век- новые международные отношения
20. БЕЛГОРОДСКИЙ ЦЕМЕНТ [5] ЗАКЛЮЧЕНИЕ [6] СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ