Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчет по лабораторной работе №18
По дисциплине ФИЗИКА
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: «Определение коэффициента теплопроводности твердых тел»
Автор: студент гр. ГС-21-1 _____________ Шумер А.В.
(подпись) (Ф.И.О.)
Дата: апреля 2022 г.
ПРОВЕРИЛ: ____________
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт- Петербург
2021
Цель работы
Определить коэффициент теплопроводности твердого тела методом сравнения с теплопроводностью эталонного образца из известного материала.
Краткое теоретическое содержание
-
Явление, изучаемое в работе
Теплопроводность.
-
Определения
Теплопроводность – это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.
Явление переноса – явление, состоящее в возникновении направленного переноса массы (диффузия), количества движения (внутреннее трение) и энергии (теплопроводность).
Коэффициент теплопроводности – физическая величина, характеризующая и численно равная плотности потока энергии при градиенте температуры равном единице.
Градиент температуры – характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания температуры в зависимости от направления среды (увеличение или уменьшение температуры по направлению среды).
Поток- это количество любой физической величины, переносимое в единицу
времени через воображаемую поверхность, перпендикулярно направлению переноса.
Плотность потока - называется количество физической величины, переносимое в
единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно направлению переноса.
-
Законы и соотношения, лежащие в основе лабораторной работы
Закон Фурье – тепловой поток направлен против градиента температуры, а количество теплоты, проходящее через единицу площади изотермической поверхности за единицу времени, пропорционально модулю температурного градиента.
, где
,
;
,
;
,
;
,
.Элементарный поток тепла, переносимый через однородную пластинку
, где - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды, Вт/(м
;S – площадь пластинки, м2;
- разность температур, К;d –толщина пластинки, м.
Схема установки-
Нагреватель
2,3. Пластины
4. Холодильник
5. Стенки
6. Блок питания
7. Термостат
8,9,10. Термопары
11,12,13. Табло с температурами
Основные расчетные формулы
Коэффициент теплопроводности исследуемой пластины
d
1 - толщина перегородки эталона, м;
d2 – толщина перегородки исследуемого материала, м;
- коэффициент теплопроводности эталона, Вт/(м
;
– разность температур, К.Перепад температур на эталонной пластине
= Т1 – Т2, гдеТ1 - температура на 1 термопаре, К;
Т2 – температура на 2 термопаре, К.
Перепад температур на исследуемой пластине
= Т2 – Т3, гдеТ1 - температура на 2 термопаре, К;
Т2 – температура на 3 термопаре, К.
Среднее значение коэффициента теплопроводности
n- количество значений.
Погрешность косвенных измерений
Таблицы
Таблица №1
«Определение результатов эксперимента»
| Физ. Величина Ед. измер. Номер эксп | U | T1 | T2 | T3 |  |  | |  |  |
| B |  | | | K | K | Вт/м  | Вт/м | Вт/м | |
| 1 | 25 | 20,01 | 20,01 | 20,00 | 0 | 0,01 | 204 | 0 | 202,45 |
| 2 | 50 | 20,05 | 20,03 | 20,00 | 0,02 | 0,03 | 181,33 | ||
| 3 | 75 | 20,12 | 20,07 | 20,00 | 0,05 | 0,07 | 194,29 | ||
| 4 | 100 | 20,22 | 20,12 | 20,00 | 0,10 | 0,12 | 226,67 | ||
| 5 | 125 | 20,34 | 20,19 | 20,00 | 0,15 | 0,19 | 214,74 | ||
| 6 | 150 | 20,48 | 20,28 | 20,00 | 0,20 | 0,28 | 194,29 | ||
| 7 | 175 | 20,66 | 20,38 | 20,00 | 0,28 | 0,38 | 200,42 | ||
| 8 | 200 | 20,86 | 20,49 | 20,00 | 0,37 | 0,49 | 205,38 |
Таблица №2
«Технические данные прибора»
| № п.п. | Название прибора | Пределы измерений | Число делений | Цена деления | Класс точности | Абсолютная приборная погрешность |
| 1 | Термостаты 1,2 | 99,99 | - | - | - | 0,01 |
| 2 | вольтметр | 999 | - | - | - | 1 |
| 3 | Амперметр | 9,99 | - | - | - | 0,01 |
| 4 | Термостат 3 | 99 | | | | 1 |
Исходные данные
Эталонная пластина
Материал – алюминий
d1 =30 мм - толщина
= 204 Вт/м
– коэффициент теплопроводности алюминияИсследуемая пластина
Материал – алюминий
d2 = 40 мм – толщина
Погрешности прямых измерений
Примеры вычислений
Перепад температур на эталонной пластине
= Т1 – Т2 = 20,05 – 20,03=0,02 К.Перепад температур на исследуемой пластине
= Т2 – Т3 = 20,03- 20,00 = 0,03 К.Коэффициент теплопроводности исследуемой пластины
Среднее значение коэффициента теплопроводности
Вычисление погрешности косвенных измерений
= 35,429 Вт/м Окончательный результат
«Экспериментальное значение коэффициента теплопроводности железа»
Сравнение экспериментального значения с табличным
Вывод
В ходе лабораторной работы было изучено явление теплопроводности, а также был определен коэффициент теплопроводности железа методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (алюминий). Можно заметить, что полученное экспериментальное значение расходится с табличными примерно на 0,8%.