ТОП 10:

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ



Мета роботи: вивчити механізм явища перенесення-теплопровідність; визначити коефіцієнт теплопровідності піску.

Прилади та обладнання: прилад для визначення коефіцієнта теплопровідності, електроплитка, термометр, калориметр, пароутворювач.

 

При охолодженні тіло втрачає частину своєї внутрішньої енергії, яка передається оточуючим більш холодним тілам. Цей процес теплопередачі може відбуватися трьома способами: конвекцією, випромінюванням і теплопровідністю.

Теплопровідність – спосіб передачі внутрішньої енергії від однієї частини тіла до іншої без переміщення маси речовини за рахунок теплового руху молекул. Явище теплопровідності описується експериментальним законом Фур'є: кількість теплоти, перенесеної шляхом теплопровідності через площадку, перпендикулярну напрямку поширення теплоти, пропорційна величині цієї площадки, часу перенесення і градієнтом температури (градієнт температури дорівнює зміні температури на одиниці відстані в напрямку найбільш різкого зростання температури).

Прилад для визначення коефіцієнта теплопровідності складається з металевого кожуха М (рис.1), в якому розміщено картонний циліндр Ц Між ними знаходиться шар теплової ізоляції І. У нижній частині кожуха розміщено парову коробку К. На верхній частині коробки знаходиться шар піску, на якому встановлено калориметр з водою. За допомогою гумової трубки парова коробка з'єднується з пароутворювачем П

Кількість теплоти Q, переданої через пісок, згідно із законом Фур'є визначається рівнянням:

, (1)

де k – коефіцієнт теплопровідності; S – площа дна калориметра; – час передачі теплоти; T1 –середня (за час передачі) температура води в калориметрі; Т2 – температура пари, l– товщина шару піску; величина при цьому є градієнтом температури. З іншого боку, нехтуючи втратами енергії в оточуюче середовище, кількість теплоти Q, переданої калориметру з водою і мішалкою, можна визначити, знаючи масу води m1, масу калориметра з мішалкою m2 та їх питомі теплоємності С1 і С2 (С1 = 4190 Дк/кг.К, С2 = 88 Дж/кг.К):

, (2)

тут t1 і t2 – відповідно початкова і кінцева температура води в калориметрі. Прирівнюючи праві частини рівнянь (1) і (2), знахо­димо:

. (3)

Згідно з рівнянням (1) коефіцієнт теплопровідності k чисельно дорівнює кількості теплоти, що протікає за одиницю часу через одиничну площадку, розташовану перпендикулярно напрямку поширення теплоти, при градієнті температури, який дорівняє одиниці; при цьому [k] = Вт/К.м.

Порядок виконання роботи

1. Наливають воду в пароутворювач і ставлять його на ввімкнену електричну плитку.

2. Вимірюють діаметр d дна калориметра і визначають .

3. Визначають масу калориметра m2 і масу води m1.

4. Встановлюють калориметр з водою у циліндр Ц на пісок; товщина l шару піску дорівнює 1,0cм.

5. З'єднують пароутворювач з паровою коробкою. Помішуючи мішалкою воду в калориметрі, стежать за зміною їх температури. При підвищенні температури води на 1-2° записують покази термометра і включають секундомір.

6. При підвищенні температури ще на 5-6°. зупиняють секундомір, записують тривалість досліду і кінцеву температуру t2.

7. Середню температуру води в калориметрі Т1. визначають за формулою .

8. Температуру водяної пари Т2 визначають за таблицею її залежності від атмосферного тиску Ратм, який вимірюють барометром.

9. Дані досліду заносять у табл.1.

10. Розраховують коефіцієнт теплопровідності k за формулою (3).

11. Розраховують похибки результатів прямих вимірювань і табличних даних.

12. Оскільки в даній роботі відносні похибки вимірювань різниць температур (Т21) і (t2-t1) у багато разів перевищують відносні похибки всіх інших величин, відносну похибку розраховують за наближеною формулою:

,

де Сt – ціна поділки термометра.

1.

№ п/п Табличні дані Результати прямих вимірювань
С1, Дж/кг.к С2, Дж/кг.к Ратм, мм рт.ст , м d, м m1, кг m2, кг t1, ºС t2, ºС , с T2, ºС
с - -                  

2.

Результати непрямих вимірювань
S, м2 T1, ºС t2-t1, К T2-T1, К , Вт/К.м

Запитання і вправи для самоконтролю

1. Назвіть і опишіть способи передачі теплоти.

2. Що таке питома теплоємність? В яких одиницях її вимірюють?

3. Що таке градієнт температури? В яких одиницях його виміряють?

4. Запишіть і сформулюйте закон Фур'є, наведіть рисунок, що його ілюструє.

5. Розкрийте фізичний зміст коефіцієнта теплопровідності.

РОБОТА 3.1







Последнее изменение этой страницы: 2016-04-18; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.226.243.130 (0.004 с.)