Файл: Работы лабораторного практикума.docx

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. До начала эксперимента (краны и открыты) убедиться в том, что уровни воды в коленах манометра одинаковы, что свидетельствует о том, что давление в сосуде равно атмосферному. Закрыть кран , открыть кран и накачать в баллон столько воздуха, чтобы разность уровней столбиков жидкости в манометре стала 25-30см.

2. Закрыть кран . Поскольку после закрытия крана имеет место процесс изохорического остывания воздуха до комнатной температуры, то следует выждать 1-2 минуты, пока температура газа в сосуде наверняка не достигнет комнатной. Об этом мы узнаем по установившейся, и уже неизменной со временем разности давлении, регистрируемой манометром. Снять показания манометра в мм водяного столба.

3. Открыть кран и следить по манометру за падением давления воздуха при адиабатическом расширении газа. Воздух в сосуде при этом охлаждается. Как только уровни воды в коленах манометра сравниваются, закрыть кран (кран в открытом состоянии не передерживать, 1-2 секунд достаточно). После этого происходит процесс изохорического нагревания газа до комнатной температуры. Давление в сосуде при этом возрастает. Выжидать 1-2 минуты, пока разность давлений не установится постоянной и снять показания манометра .



Рисунок 17. Внешний вид установки.
4. По формуле (6.36) рассчитать значение γ.

5. Повторить опыт не менее 7 раз. После каждого опыта открыть краны и

---

и сделать выдержку порядка 1 минуты.

6. Результаты измерений занести в таблицу и рассчитать погрешность измерений. Случайная погрешность измерения подсчитывается по формуле



где – коэффициент Стьюдента, – число измерений, – доверительная вероятность ( ) .

ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ.

1. 
   Какой вид имеет уравнение Пуассона?
   
2. 
   В чем заключается основная идея метода Клемана и Дезорма?
   
3. 
   Поясните, в чем заключается основная причина систематической ошибки определения на данной экспериментальной установке.
   

ТАБЛИЦЫ

Таблица № 6.1

№	, мм	, мм
Ср. зн.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Савельев И.В. «Курс общей физики»: Учеб. пособие, т. 1, - М.: Наука, 1982.

2. Яковлев В. Ф.. Молекулярная физика. - М.: Наука, 1976.

3. Сивухин Д.В. «Общий курс физики», Т. II, - М.: Физматлит, 2005.

---

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ.

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

1. 
   Изучить теорию теплопроводности.
   
2. 
   Освоить один из методов определения коэффициента теплопроводности металлов.
   

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:

1. 
   Прибор для измерения коэффициента теплопроводности.
   
2. 
   Плитка.
   
3. 
   Парообразователь.
   
4. 
   Образцы металлов (алюминий, сталь, латунь с теплоизоляционной рубашкой).
   
5. 
   Штангенциркуль.
   
6. 
   Термометр.
   
7. 
   Отвертка.
   

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Явление самопроизвольного перехода тепла от участка тела с большей температурой к участку с меньшей температурой нагрева носит название внутренней теплопроводности. Следует отличать внутреннюю теплопроводность, обусловленную молекулярными процессами от значительно более интенсивного в большинстве случаев переноса тепла свободной и вынужденной конвекцией.

Количество теплоты , перешедшее в результате явления теплопроводности от слоя температурой Т₂ к слою с температурой Т₁, выражается следующей формулой

(7.1)

Здесь

• 
  – разность температур двух слоев,
  
• 
  – расстояние между слоями (отсчитывается по перпендикуляру к слоям, имеющим одинаковую температуру),
  
• 
  – градиент температуры, т.е. изменение температуры на единицу длины в направлении, перпендикулярном к слоям,
  
• 
  – площадь слоев,
  
• 
  – время переноса тепла,
  
• 
  – коэффициент теплопроводности, зависящий (в заданной системе единиц) только от свойств среды, проводящей тепло.
  

Формула (7.1) дает возможность выяснить физический смысл коэффициента теплопроводности. Если переписать формулу (7.1) как

(7.2)

и положить

---

, , , то получим , т.е. коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое переходит в единицу времени через единицу площади в перпендикулярном ей направлении при градиенте температуры, равном единице.

Коэффициент теплопроводности относится к тем физическим величинам, которые не могут быть измерены непосредственно, как, например, измеряют длину, температуру, время и т.д. Коэффициент теплопроводности измеряют опосредственно, через измерение физических величин, входящих в формулу (7.1) или (7.2).

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Экспериментальная установка, изготовленная в мастерской кафедры физики УлГПУ, состоит из следующих основных частей: приемник пара, исследуемый стержень, калориметр, сосуд для сбора сконденсировавшейся воды, мешалка (см. Рис.18, Рис. 19).

П
Рисунок 18. Схема установки.
ар поступает из парообразователя через трубку, находящуюся в боковой части плата прибора, в паропровод, а по нему в приемник пара, в днище которого опускается в калориметр с водой. Также в нижней части пароприемника имеется вывод в виде металлической трубки, через которую удаляется из пароприемника сконденсировавшаяся вода в сосуд, укрепленной под трубкой. Под пароприемником находится калориметр, изготовленной из органического стекла, который может перемещаться вверх и вниз по двум направляющим стойкам. Калориметр открыт сверху. Это позволяет опускать в калориметр изучаемый стержень, мешалку и термометр.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Определение коэффициента теплопроводности металла в настоящей работе производится калориметрическим методом.

Сущность этого метода состоит в следующем: один конец стержня, коэффициент теплопроводности материала которого подлежит измерению, поддерживают при постоянной высокой температуре, другой опускают в калориметр с водой (или другой жидкостью), имеющей более низкую температуру. В результате теплопроводности нагретого конца перейдет к холодному (в калориметр). Зная температуру жидкости в калориметре до опыта и после него, можно определить количество теплоты, перенесенное от нагретого конца. Измеряя время,

---

расстояние между концами и их температуры, нетрудно подсчитать по формуле (7.2) коэффициент теплопроводности. Однако в опыте также следует максимально ослабить или правильно учесть теплообмен калориметра с окружающей средой.

В предлагаемом опыте исследуемое вещество (латунь, сталь, алюминий) берут в виде стержня, верхний конец которого вставляется в дно пароприемника. Температура его определяется, как упоминалось уже, с помощью термометра, датчик которого опускается в калориметр. Нижний конец стержня оканчивается диском, который погружается полностью в воду калориметра так, чтобы слой воды над ним был высотой 1-2 мм. Диск берут для того, чтобы увеличить поверхность соприкосновения стержня с водой калориметра. Водяные эквиваленты этих дисков , , позволяет учесть и нагревание самих дисков во время опыта. В калориметр вставлены мешалка и датчик термометра. Водяной эквивалент мешалки равен .

Пусть температура нагретого конца устанавливается равной . Поднимая калориметр, температура жидкости в котором Т ниже комнатной на 2-3 ⁰С, приведем нижний конец стержня в соприкосновение с жидкостью калориметра и начнем отмечать повышение температуры её через равные промежутки времени Δt до тех пор, пока температура воды не повысится на 2-3 ⁰С выше комнатной. По данным изменениям температуры калориметра коэффициент теплопроводности, пользуясь формулой (7.2), которую удобно записать в виде

(7.3)

где

• 
  - длина стержня,
  
• 
  – разность температур нагревателя и воды в калориметре в данный момент времени,
  
• 
  - диаметр стержня,
  
• 
  - количество теплоты, поступавшее от стержня в калориметр за единицу времени в интервале времени (средняя скорость перехода тепла по стержню в данном интервале времени).
  

---