Файл: Определение коэффициента теплопроводности газа методом нагретой нити.docx

Сделать презентацию

Скачать файл (0,34Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.01.2024

Просмотров: 137

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Кафедра общей и технической физикиЛаборатория виртуальных экспериментовОТЧЁТпо лабораторной работе №17По дисциплине ФИЗИКА Тема: Определение коэффициента теплопроводности газаметодом нагретой нити Выполнил: студент гр. ГК-22 Токмина Е.Е.(подпись) (Ф.И.О.) Проверил: (должность) (подпись) (Ф.И.О.)Санкт-Петербург2023 годЦель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха методом нагретой нити при атмосферном давлении и различных температурах поверхности вертикальной цилиндрической трубки.Краткое теоретическое содержаниеЯвление, изучаемое в работе: явление переноса энергии между молекулами газов (явление теплопроводности)Определения (основных физических понятий, процессов, объектов и величин):

Поток любой физической величины — это её количество, переносимое в единицу времени через воображаемую поверхность, перпендикулярно направлению переноса.
Плотностью потокафизической величины называется ее количество, переносимое в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно направлению переноса.
Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретого слоя газа к менее нагретому, за счет хаотичного теплового движения молекул.
Поток тепла - количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность.
Градиент температуры – характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания температуры в зависимости от направления среды.
Коэффициент теплопроводности - физическая величина, характеризующая и численно равная плотности потока энергии при градиенте температуры равном единице.

Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):

Закон Фурье:

Выравнивание температуры в системе сопровождается потоком тепла, плотность которого пропорциональна градиенту температуры в данной точке. grad Tгде q  тепловой поток, Дж; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К); grad T - градиент температуры

Закон Джоуля-Ленца:

Количество тепла, выделяемого в проводнике, прямо пропорционально квадратусилы тока, сопротивлению проводника и времени его прохождения:где Q – количество тепла, выделяемого в проводнике, Дж; I – сила тока в проводнике, А; R – сопротивление проводника, Ом; U – напряжение, приложенное к проводнику, В; t – время прохождения тока в проводнике, с;Схема установкиСхема: 1) Нить2) Трубка3) Упоры4) Упоры5) Трубка6) Измерительный мост Уинстона7) Пульт управленияа) Эталонный резисторб) Нагревательный резисторв) Магазин резисторовг) Гальванометр8) Термостат Основные расчётные формулы:1) Коэффициент теплопроводности: где - коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К); Q- поток тепла, Дж; l- длина цилиндра, м; T_r- температура газа у поверхности проволоки, К; T_R- температура газа у поверхности цилиндра, К; r_R- радиус цилиндра, м; r

_r- радиус проволоки, м. 2) Поток тепла: где Q- поток тепла, переносимый воздухом с проволоки, Дж; I- сила тока в проводнике, А; R- сопротивление проводника, Ом.3) Температура газа у поверхности проволоки: где Т_r- температура газа у поверхности нити, К; T_окр- температура окружающей среды, К; R - сопротивление проволоки, Ом; R₀– сопротивление проволоки при комнатной температуре, Ом;  - коэффициент температурного сопротивления, Ом/град.4) Среднеарифметическая температура где T_ср  среднеарифметическая температура, К; T_r температура газа у поверхности нити, K; T_R  температура газа у поверхности цилиндра, K.5) Зависимость электрического сопротивления от температурыгде R - сопротивление проволоки, Ом; R₀– сопротивление проволоки при комнатной температуре, Ом;  - коэффициент температурного сопротивления,

; Δt - разность температур газа у поверхностей проволоки T_rи цилиндра T_R. Формулы погрешностей косвенных измерений:Таблица №1. Результаты измерений и вычислений

Физ.величина		U	I	R
Ед.измер № опыта	К	В	А	Ом
1	293	1	0,16	3,88
2	293	2	0,31	4,04
3	293	3	0,45	4,35
4	293	4	0,57	4,72
5	293	5	0,69	5,16

Таблица №2. Определение коэффициента теплопроводности

Физ. величина		U	I	R	Q
Ед.измер № опыта		В	А	Ом	Вт	К	К
1	20	1	0,15	3,88	0,07	298,16	295,57	0,019
		3	0,42	4,35	0,63	325,12	309,06	0,027
		5	0,64	5,16	1,74	371,01	332,01	0,031
		7	0,80	6,14	3,25	427,79	360,40	0,034
		9	0,92	7,21	5,04	489,17	391,09	0,036
		11	1,03	8,30	7,28	551,69	422,35	0,039
2	40	1	0,14	4,12	0,07	311,93	312,46	0,02
		3	0,41	4,55	0,63	336,59	327,79	0,037
		5	0,62	5,29	1,68	379,04	346,02	0,035
		7	0,78	6,25	3,22	434,10	373,55	0,037
		9	0,91	7,28	5,10	493,18	403,09	0,04
		11	1,01	8,32	7,15	485,73	399,36	0,058
		13	1,10	9,62	9,45	627,40	470,20	0,042
3	60	1	0,14	4,19	0,07	315,94	324,47	-0,006
		3	0,40	4,68	0,62	344,05	338,52	0,078
		5	0,62	5,49	1,69	390,51	361,75	0,041
		7	0,76	6,45	3,16	445,57	389,29	0,039
		9	0,89	7,49	5,01	505,23	419,12	0,040
		11	1,00	8,55	7,07	566,03	449,51	0,042
		13	1,09	9,61	9,44	626,83	479,92	0,044
4	80	1	0,13	4,71	0,07	345,77	349,38	-0,014
		3	0,38	5,09	0,61	367,57	360,28	0,060
		5	0,59	5,76	1,66	405,99	379,49	0,040
		7	0,76	6,63	3,16	455,90	404,45	0,043
		9	0,89	7,60	4,98	511,54	432,27	0,044
		11	0,98	8,62	7,12	570,04	461,52	0,046
		13	1,07	9,63	9,46	627,98	490,49	0,048

Исходные данные:диаметр проволоки 0,1*10^-3 м;внутренний диаметр цилиндра 8 *10^-3 м;длина проволоки 0,5 м;материал проволоки вольфрам;коэффициент температурного сопротивления Погрешности прямых измерений:∆U = 1 В, ∆I = 0,01 A, ∆R = 0,01 Ом, Примеры вычисления: