 |
Экспериментальная установка
|
|
|
|
Кафедра Общей Физики
Отчет по лабораторной работе № 18
«Определение теплопроводности твердого тела»
Выполнил: студенты гр. МГП-18__________________ / Саликов А.А. /
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: доцент_____________________ /Гужва М.Е./
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: Определить коэффициент теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.
Общие сведения
Поток тепла d Q, протекающего через однородную перегородку толщиной 
и площадью 
при разности температур 
, определяется формулой
[1]
где c - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды.
Значение коэффициента теплопроводности c может быть определено непосредственно из формулы [1], если измерить на опыте величины d Q, d T, d и S. Однако точное определение d Q практически невозможно, поэтому в настоящей работе производится сравнение теплопроводности исследуемого материала c1 с теплопроводностью некоторого другого эталонного материала с хорошо известным значением коэффициента c2. При этом можно избежать измерения d Q. Суть метода следующая. Две пластинки, изготовленные из материалов с коэффициентами теплопроводности c1 и c2, зажимаются между стенками, температуры которых равны T 1 и T 2 и поддерживаются постоянными во время опыта. Если толщины пластинок (d 1 и d 2) достаточно малы по сравнению с наименьшим линейным размером их поверхности, то можно пренебречь потерей тепла через боковые поверхности. Тогда можно считать, что тепловой поток протекает только от горячей стенки к холодной через пластины. В этом случае
|
|
|
и 
[2]
Из [2] получаем окончательно 
[3]
где d T 1 и d T 2 - перепады температур на пластинках.
Зная теплопроводность материала одной из пластинок, используя формулу [3] легко определить на опыте теплопроводность другой пластинки. Необходимо помнить о том, что формула [3] получается в предположении сохранения теплового потока неизменным через обе пластинки, что оправдано при толщине, очень малой по сравнению с радиусом пластинки, и при теплоизоляции боковых поверхностей пластинок.
Вычисление косвенной погрешности
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Экспериментальная установка
Схема установки изображена на рисунке ниже:
| Рис. 1 Схема установки для определения коэффициента теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. |
| 5 |
| 4 |
| 3 |
| 2 |
| 1 |
| 8 |
| 9 |
| 10 |
| 11 |
| 12 |
| 13 |
| 7 |
| 6 |
Назначение и характеристика основных элементов установки:
1. Установка состоит из пластин (2) и (3), зажатых между нагревателем (1) и холодильником (4). Пластина (2) изготовлена из материала с известным коэффициентом теплопроводности, пластина (3) - из исследуемого материала. Толщина пластины (2) - d эт, толщина пластины (3) - d иссл. Форма пластин - диск, радиус 20 см, причем толщина пластины более чем в 10 раз меньше диаметра. Между всеми соприкасающимися поверхностями проложена термопроводящая паста.
2. Нагреватель (1) подключен к регулируемому блоку питания (6). Управление термостатом осуществляется с пульта блока питания (7). Сопротивление спирали нагревателя R - 50 Ом, максимальная мощность - 800 Вт.
|
|
|
3. Холодильник (4) представляет толстую медную пластину, в которой просверлены каналы, по которым циркулирует вода из термостата заданной температуры. Температура холодильника T хол принимается равной температуре воды, установленной на термостате - 20°С, не регулируется. Вся установка в теплоизоляционном кожухе.
4. Температура поверхностей пластин измеряется термопарами (8), (9) и (10), зажатыми между пластинами. Индикация температуры - на табло (11), (12) и (13) соответственно.
1) Таблица результатов измерений ( I-силы тока,U-напряжения, 
-температуры в точках 1,2,3 ), вычисляемых величин (
-перепад температур на первой и второй пластине, теплоемкость исследуемой пластины ) и их погрешностей (
):
Расчет измерений
[3]
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
Погрешность
Вычисления погрешности для опытов 2-4 производилось по этой же формуле.
Вывод: В данной лабораторной работе был экспериментально определён коэффициент теплопроводности металла, им был серый чугун. Полученный результат имеет небольшую погрешность относительно теоретического значения, что позволяет говорить о точности расчётной формулы и о наличии не очень грубых погрешностей при измерениях.
|
|
|
