Министерство образования и науки Российской Федерации


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа № 17

По дисциплине: ФИЗИКА______________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
Выполнил: студент гр.ИАС-16_________ /Малыгин. А.В/

^{(подпись) (Ф.И.О.)}


Проверил: доцент кафедры ОТФ _________ / /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2021
Цель работы – определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Краткое теоретическое содержание.
Явление, изучаемое в работе: Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.

2. Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

• 
  Теплообмен - самопроизвольный, необратимый процесс распространения тепла в пространстве, обусловленный разностью температур.
  
• 
  Теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
  

• 
  Конвекция - вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.
  
• 
  Количество теплоты - энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.
  
• 
  Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тел.
  
• 
  Градиент температуры – характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания температуры в зависимости от направления среды (увеличение или уменьшение температуры по направлению среды).
  
• 
  Поток тепла –количествотеплоты,проходящее вединицу времени через произвольную изотермическую поверхность.
  
  
  

---

3. Основные физические законы.

Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:



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.



Нить

Трубка

Упоры

Мост Уитстона

Термостат

Пульт управления

Эталонное сопротивление

Нагрузочное сопротивление

Магазин сопротивлений

Гальванометр

Рисунок 1. Схема установки

Основные расчетные формулы:

	- коэффициент теплопроводности
	Q – поток тепла [Вт]
	L – длина цилиндра [м]
	- радиус цилиндра [м]
	r – радиус нити [м]
	- разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра [К]
	Q – поток тепла [Вт]
	I – сила тока [А]
	R – сопротивление [Ом]
	- температура у поверхности проволоки [К]
	R – сопротивление [Ом]
	- коэффициент температурного сопротивления[ ]
	- температура окружающей среды [К]
	Ro - сопротивление проволоки при комнатной температуре
	- средняя температура
	- температура окружающей среды
	- температур у поверхности нити

---

Погрешности прямых измерений:

∆U = 1 В

∆I = 0,01 A

∆R = 0,01 Ом

∆T_R = 1 ºС

Постоянные данные:

- диаметр проволоки 0,1 мм;

- внутренний диаметр цилиндра (5) 8 мм;

- длина проволоки L (1) 0,5 м;

- материал проволоки вольфрам;

- коэффициент температурного сопротивления

- величина R_эт 3,5 Ом;

- величина r_н 35 Ом

Таблицы вычислений:

Таблица №1

Результаты измеренийс магазина сопротивленийR_м, силы тока I и напряжения U при комнатной температуре, показываемые приборами.

Физ. величина	TR	U	I	Rм
Ед. измерений Номер опыта	оС	В	А	Ом
1	20	1	0,15	38,8
2	20	2	0,29	40,6
3	20	3	0,42	43,5
4	20	4	0,54	47,2
5	20	5	0,64	51,5

Г
37,9
рафик зависимости

Из графика находим значение Rм_o равное примерно 37,9 Ом.

Из соотношения моста Уитстона найдем R_0пр

Так как параметры моста подобраны таким образом, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений R_м в 10 раз больше сопротивления нитиR_пр, получим:

Ом

Таблица №2

Результаты измерений и вычислений при значениях установленного напряжения U,протекающего тока

---

I,сопротивления проволоки .

Физ. величина	TR	U	I			Q	Tr	Tср
Ед. измерений Номер опыта	оС	В	А	Ом	Ом	Вт	К	К
1	20	1	0,15	38,8	3,88	0,72	298,16	295,58	0,019	0,00281
2	20	3	0,42	43,5	4,35	6,34	325,12	309,06	0,028	0,00133
3	20	5	0,64	51,5	5,15	17,43	371,01	332,00	0,031	0,00098
4	20	7	0,8	61,4	6,14	32,48	427,79	360,40	0,034	0,00084
5	20	9	0,92	72,1	7,21	50,43	489,17	391,08	0,036	0,00078
6	20	11	1,03	83	8,30	72,77	551,69	422,34	0,039	0,00076
7	20	13	1,11	93,8	9,38	95,51	613,64	453,32	0,042	0,00075
8	40	1	0,14	42	4,20	0,68	336,52	324,76	0,004	0,00058
9	40	3	0,41	46,4	4,64	6,45	361,76	337,38	0,018	0,00090
10	40	5	0,62	54,1	5,41	17,19	405,92	359,46	0,026	0,00083
11	40	7	0,78	63,6	6,36	31,98	460,41	386,71	0,030	0,00078
12	40	9	0,91	73,9	7,39	50,58	519,49	416,25	0,034	0,00075
13	40	11	1,01	84,6	8,46	71,32	580,87	446,93	0,037	0,00074
14	40	13	1,1	95,2	9,52	95,20	641,67	477,33	0,040	0,00073
15	60	1	0,14	45,2	4,52	0,73	374,87	353,94	0,002	0,00035
16	60	3	0,39	49,3	4,93	6,20	398,39	365,69	0,013	0,00068
17	60	5	0,6	56,6	5,66	16,84	440,26	386,63	0,022	0,00073
18	60	7	0,76	65,8	6,58	31,41	493,03	413,02	0,027	0,00072
19	60	9	0,89	75,8	7,58	49,62	550,39	441,70	0,032	0,00072
20	60	11	1	86,2	8,62	71,24	610,04	471,52	0,036	0,00072
21	60	13	1,09	96,7	9,67	94,95	670,27	501,64	0,039	0,00072
22	80	1	0,13	48,4	4,84	0,68	413,23	383,11	0,002	0,00024
23	80	3	0,38	52,3	5,23	6,24	435,60	394,30	0,011	0,00056
24	80	5	0,58	59,2	5,92	16,46	475,18	414,09	0,019	0,00065
25	80	7	0,75	68	6,80	31,61	525,65	439,33	0,026	0,00068
26	80	9	0,88	77,8	7,78	49,79	581,86	467,43	0,030	0,00069
27	80	11	0,98	88	8,80	69,85	640,37	496,68	0,034	0,00069
28	80	13	1,07	98,2	9,82	92,92	698,88	525,94	0,037	0,00070

---

Примеры вычислений






Расчёт погрешностей:


Окончательный результат:



График зависимости



Вывод:
В проведенной лабораторной работе был определен коэффициент теплопроводности воздуха и оценена зависимость теплопроводности воздуха от температуры нагрева и напряжения тока, заданного в цепи.После завершения обработки результатов вычислений погрешностей установлено, что значение коэффициента теплопроводности, полученное в ходе эксперимента, соответствует справочному значению коэффициента теплопроводности воздуха, равное от 0,009 до 0,057Вт/м*К в зависимости от температуры. Полученное значение попадает в данный промежуток.

---

Смотрите также файлы

• Способы очистки сточных вод металлургического производства.pdf

• С. П. Королева Кафедра эат методические указания.doc

• Тема Формирование образа для генерации идей Тема 15. Построение дорожной карты проекта.docx

• Задание Объясните историю формирования и развития политической карты мира. Приведите примеры появления на карте мира новых государств за последние десятилетия. Ответ.docx

• Введение 3 Стадии выбросов 4.docx