Внимание: После окончания измерений выключите кипятильник и мешалку.

6. Аккуратно сняв подставку из-под нижнего калориметра, достаньте его и взвесьте. Найдите массу воды, находившейся в калориметре. (Или определите объем воды в нижнем калориметре, а затем рассчитайте ее массу.)

7. По результатам измерений с помощью формулы (22) рассчитайте количество теплоты Q_воды, полученное водой для каждого момента времени.

8. Постройте график зависимости Q_воды от времени t.

9. Определите тангенс угла наклона dQ_воды/dt графика зависимости Q_воды от времени t методом парных точек или методом наименьших квадратов.

10. По данным измерений п.2 и п.4 постройте график зависимости DТ от времени t. Определите по графику DТ в период измерений температуры воды.

11. Рассчитайте коэффициент теплопроводности исследуемого стержня по формуле (20).

12. Сравните полученный результат с табличным значением и сделайте вывод.

13. * Аккуратно снимите верхний калориметр, снимите стержень и замените его на другой. Повторите измерения для другого стержня, выполнив указания пп. 1 - 12 этого упражнения.

Упражнение 4. Поверка закона Видемана – Франца.

1. Соберите экспериментальную установку в соответствии со схемой приведенной на рис. 6.

а)

б)

Рис. 6. а) Внешний вид установки для определения удельной проводимости; б) Электрическая схема измерений.

2. Установить на источнике напряжение 2 В.

3. Откалибруйте усилитель (установите 0).

Примечание: калибровка усилителя производится без подачи напряжения!

4. Установите следующие параметры усилителя

· Вход (Input): Low Drift

· Усиление (Amplification): 10⁴

· Постоянная времени (Time Constant): 0.

5. На мультиметре, предназначенном для измерения силы тока, установите предел измерений 200 мА. Предел измерений на вольтметре подбирается экпериментально.

6. Установите реостат на максимальное значение сопротивления и запишите показания мультиметров – значения тока и напряжения.

7. Постепенно уменьшайте величину сопротивления реостата и фиксируйте показания мультиметров. Выполните измерения тока I и напряжения U для 5-7 положений движка реостата.

8. По результатам измерений рассчитайте сопротивление стержня R, используя закон Ома для участка цепи. Проведите статистическую обработку результатов измерений сопротивления стержня.

9. Рассчитайте удельную проводимость s материала стержня, используя данные измерений его диаметра d и расстояние между наиболее удаленными углублениями l (см. Упражнение 3). При выполнении расчетов учтите, что

s = 1/r,

где r – удельное сопротивление материала.

10. Рассчитайте левую часть выражения (15), используя экспериментальное значение коэффициента теплопроводности.

11. Рассчитайте правую часть выражения (15), (Т – комнатная температура).

12. Сделайте вывод о выполнении закона Видемана-Франца.

13. Повторите измерения для другого стержня в соответствие с указаниями п.п. 1-10 этого упражнения.

Примечание: Для проверки закона Видемана-Франца можно воспользоваться справочными данными об удельном сопротивлении материала стержня.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление теплопроводности?

2. Какие уравнения описывают явление теплопроводности?

3. Что такое коэффициент теплопроводности? В чем заключается физический смысл коэффициента теплопроводности?

4. От чего зависит коэффициента теплопроводности газов?

5. Какие частицы называют фононами?

6. Опишите свойства фононов.

7. Какова природа теплопроводности диэлектриков?

8. Какова природа теплопроводности металлов?

9. Объясните, почему металлы обладают большими значениями коэффициента теплопроводности, чем диэлектрики?

10. В чем заключается идея метода этой работы по определению коэффициента теплопроводности?

11. Выведите рабочую формулу для определения коэффициента теплопроводности, используемую в работе.

12. Что такое стационарная теплопроводность?

13. Как в работе достигается стационарный процесс теплопроводности?

14. Сформулируйте закон Видемана-Франца и объясните его сущность.

15. Объясните, как в эксперименте учитываются тепловые потери, связанные с теплообменом воды с окружающей средой.

Список литературы

1. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Молекулярная физика. М.: Лань, 2007.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики / М.: Наука, 1990. Т.2.

3. Иродов И.Е. Физика макросистем / М.: Наука, 2004.

4. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Молекулярная физика / М.: АСАDEMA, 2000.

5. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики / М.: Высшая школа, 1981. Т. 2, 3.

6. Трофимова Т. И. Курс физики / М.: Высшая школа, 1998.

7. Шебалин О.Б. Молекулярная физика / М.: Высшая школа, 1978.

8. Епифанов Г.И. Физика твердого тела / М.: Высшая школа, 1977.

9. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины. Справочник / М.: Энергоатомиздат, 1991.

10. Физический энциклопедический словарь / М.: Советская энциклопедия, 1983.