 |
Экспериментальная установка.
|
|
|
|
Кафедра Общей Физики
Отчет по лабораторной работе № 17
«Определение теплопроводности газов методом нагретой нити»
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 воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Краткое теоретическое содержание
В работе используются: вертикальная трубка с двойными стенками с натянутой внутри проволокой; магазин сопротивлений; эталонное сопротивление 10 Ом и нагрузочное сопротивление; гальванометр; источник питания; термостат.
Если внутри сосуда с газом существует градиент температур, в газе возникают процессы, приводящие к выравниванию температуры. В обычных условиях среди этих процессов наибольшую роль играет конвекция. Конвекция появляется из-за того, что легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой, если объем газа невелик или если он разбит на небольшие каналы или ячейки. В последних случаях возникновению конвекционных потоков мешает вязкость. При отсутствии конвекции процесс переноса тепла замедляется, но не прекращается. Он происходит благодаря теплопроводности газа, связанной с тепловым движением молекул. Выравнивание температуры получается при этом из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. В данной работе исследуется этот случай.
|
|
|
Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:
[1]
Уравнение [1] может служить для определения коэффициента теплопроводности c. При этом нужно знать радиусы нити r, цилиндра r ц, длину цилиндра L, поток тепла Q и разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра T r – T ц.
Нить цилиндра нагревается электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток Q становится равен Джоулевому теплу, выделяемому в нити, которое тепло легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока. Наибольшую трудность вызывает измерение температуры нагретой нити, по доступной непосредственному измерению.
Экспериментальная установка.
| б) |
| в) |
| а) |
| г) |
| 6 |
| 8 |
| 7 |
| 8 |
Проволока 5 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Трубка имеет двойные стенки, между которыми циркулирует вода с заданной температурой. Температура стенок трубки поддерживается термостатом 8, который управляется с пульта 8 – управления термостата. Нить нагревается электрическим током, ее температура определяется по изменению электрического сопротивления. Нить 5 включена в схему измерительного моста Уитстона (6), состоящего из магазина сопротивлений в), гальванометра г), нагрузочного б) и эталонного сопротивлений а). Параметры моста подобраны таким образом, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений в 10 раз больше сопротивления нити. Вся схема подключена к источнику питания Е, параметры которого задаются с пульта 7.
|
|
|
Технические характеристики установки:
- диаметр проволоки (1) 0,1 мм;
- внутренний диаметр цилиндра (5) 8 мм;
- длина проволоки (1) 0,5 м;
- материал проволоки вольфрам;
- коэффициент температурного сопротивления 
- величина R эт 3,5 Ом;
- величина r н 35 Ом.
Таблица № результатов измерений ( I-силы тока,U-напряжения, 
- температуры, R- сопротивления ),
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.
|
|
|
