Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Определение коэффициента теплопроводности




Твердых тел

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности диэлектрика.

Методика эксперимента

Эксперимент проводится на установке (рис 2.7), состоящей из плитки П, колбы К1 с водой, коробки К2 с тремя отверстиями: 1 и 2 для подвода и отвода пара и третье - для термометра Т1. Под сосудом К2 находится исследуемый образец, лежащий на стальном диске Д, принимающим тепло, прошедшее через образец. Диск Д имеет отверстие для термометра Т2.

 
 

Коэффициент теплопроводности l определяется по скорости охлаждения образца. Тепло, подведенное к диску Д за время Dt, равно количеству теплоты, перенесенному через образец. Это положение и используется при определении коэффициента теплопроводности неметаллического образца, слабо проводящего тепло.

Количество теплоты, излучаемое диском:

(2.24)
где c – удельная теплоемкость вещества; m – масса образца; DТ – разность конечной и начальной температур (DТ = Т2 - Т1).

Преобразуем (2.24), введя скорость охлаждения :

,
где Dt – время излучения.

При удаленном образце (слабо проводящем тепловое излучение), излучающей поверхностью диска является его полная поверхность S1 (два основания и боковая поверхность):



,

где r – радиус диска; h – толщина диска.

При этом поток излучения будет равен

.

Убранный на теплоизолирующую подложку при установившейся температуре Т2, диск Д излучает только с поверхности S2 (одно основание и боковая поверхность), то есть с той же поверхности, что и при контакте с образцом

.

Проведя преобразования и учитывая, что D = 2r, получим:

. (2.25)

Если концы твердого тела поддерживаются при разных температурах, то некоторое количество теплоты Q переносится от более нагретой части тела к менее нагретой.

Согласно закону Фурье

,
где l - коэффициент теплопроводности данного вещества; - градиент температуры (DТ = Т2Т1); S – площадь сечения образца; t – время.

В нашем случае площадь сечения образца равна , тогда формула (2.41) приобретает вид:

. (2.26)

Основываясь на том, что количество тепла, полученное диском Д, равно количеству тепла, потерянному поверхностью S2 при температуре Т2 (по модулю), приравниваем модули выражений (2.25) и (2.26):

.

Из последнего равенства получаем расчетную формулу для определения коэффициента теплопроводности исследуемого образца:

. (2.27)

Порядок выполнения работы

1. Включить в сеть нагреватель (плитку) П сосуда с водой (см. рис. 2.7).

2. Провести однократные измерения толщины исследуемого образца Dx, диаметра D и толщины h стального диска.

3. Довести воду в сосуде до кипения, пропускать пар в коробку К2 до тех пор, пока температуры коробки Т1 и диска Т2 не перестанут изменяться.

4. Результаты измерений и постоянные установки занести в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

D h Dx T1 T2 Параметры
          m = кг (масса диска) с = 460 Дж/кг×К (удельная теплоемкость диска)

 

5. Удалить коробку К2 и образец со стального диска, поместив диск на подложку.

6. Через равные промежутки времени Dt = 2 мин измерять температуру Т при охлаждении диска. Результаты измерений занести в таблицу 2.6.

Таблица 2.6

t,мин Т,°С t,мин Т,°С
   
   
   
   

 

7. Построить график зависимости T = f(t).

Пример нахождения скорости охлаждения

 

Выберем на графике точку А. Ей соответствует некоторая температура Т¢. Скорость охлаждения представляет собой тангенс угла a наклона касательной в данной точке.

8. Построить касательную к произвольной точке графика T = f (t). Взять ее произвольный отрезок и построить треугольник с катетами DТ и Dt. Найти отношение - скорость охлаждения образца.

9. По формуле (2.27) рассчитать коэффициент теплопроводности.

10. Сравнить результат экспериментального определения коэффициента теплопроводности с табличным значением.

11. Сделать вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните механизм переноса тепла (теплопроводности).

2. Запишите и объясните закон Фурье.

3. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности?

4. В каких единицах измеряется коэффициент теплопроводности?

 

Термодинамика

Молекулярно-кинетическая теория газов объясняет макроскопические свойства веществ путем детального разбора тех процессов, которые происходят на молекулярном уровне, и макроскопические величины имеют какие-то определенные значения лишь потому, что они являются средними значениями огромного числа отдельных элементарных процессов. Метод, который применяется при этом, – статистический метод.

Однако существует и другой способ описания тех же явлений. Такое описание возможно, если рассматривать их с позиции превращения одних видов энергии в другие. Этот раздел физики носит название«термодинамика». Термодинамика не входит в рассмотрение микроскопических процессов, но так же как молекулярно-кинетическая теория газов позволяет делать целый ряд выводов относительно их протекания. Законы, лежащие в основе термодинамики, с успехом применяются для исследования и физических, и химических процессов, для изучения свойств веществ и излучения. Основу термодинамики образуют два ее начала и тепловой закон Нернста (или третье начало термодинамики).

Первые два начала термодинамики позволяют:

· устанавливать количественные соотношения, имеющие место при превращениях энергии из одних видов в другие (первое начало);

· определять условия, при которых возможны эти превращения, и определять возможные направления процессов (второе начало).

 




Читайте также:
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (644)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.01 сек.)