Виртуальная лабораторная работа № 18

 

По дисциплине: Физика. Виртуальная физика.

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

Тема: Определение теплопроводности твердого тела(пластина).

 

 

Выполнил: студент гр. ГНГ-16-1 _______________ / Махортов Р.О./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

 

Проверил: ассистент кафедры ОТФ _______________ / Водкайло Е. Г./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

 

 

Санкт-Петербург

2016г.

Цель работы определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Краткое теоретическое содержание:

1.Явление изучаемое в работе: теплопроводность.

2.Основные определения:

1) Теплопроводность — способность материальных тел к переносу энергии (теплообмену) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами).

2) Температура — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.

3) Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело в результате теплообмена.

4) Теплообмен — необратимый процесс передачи теплоты от более нагретых тел к менее нагретым.

5) Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

 

Схема установки:

 

1 - нагреватель, 2,3 – пластины, 4 – холодильник, 5 – стенки, 6 – блок питания, 7 – пульт термостата, 8,9,10 – термопары, 11,12,13 – табло термопар.

Законы и соотношения, используемые при выводе расчетной формулы:

Закон теплопроводности Фурье: Теория теплопроводности рассматривает тело как непрерывную среду. Согласно основному закону теплопроводности - закону Фурье - вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален вектору градиента температуры: , где - вектор плотности теплового потока , - коэффициент теплопроводности, , а Т-температура Он характеризует способность вещества, из которого состоит рассматриваемое тело, проводить теплоту. Знак «-» указывает на противоположное направление вектора теплового потока и вектора градиента

Для коэффицентов теплопроводности справедливо следующее отношение:

, где χ₁ – коэффициент теплопроводности эталонной пластины , d₁ – толщина эталонной пластины [м], d₂ – толщина исследуемой пластины [м], ΔТ₁ – перепад температур на эталонной пластине [К], ΔТ₂ – перепад температур на исследуемой пластине [К]

Основные расчетные формулы:

, [1]
где χ₁ – коэффициент теплопроводности эталонной пластины , d₁ – толщина эталонной пластины [м], d₂ – толщина исследуемой пластины [м], ΔТ₁ – перепад температур на эталонной пластине [К], ΔТ₂ – перепад температур на исследуемой пластине [К].

ΔТ₁ = Т₁ - Т₂ [2]

где Т₁ – температура на 1 термопаре, Т₂ – температура на 2 термопаре.

ΔТ₂ = Т₂ – Т₃ [3]

где Т₂ – температура на 2 термопаре, Т₃ – температура на 3 термопаре.

Погрешности прямых измерений:

1. Т=0,01
2. I=0,01 А

3. U=1 В

4. d= 0,0005 м

Абсолютная погрешность косвенных измерений:

Результаты измерений:

Таблица №1.

Физ.величина	U
Ед.измерения №измерения	В	С	С	С	К	К
		20,10	20,03	20,00	0,07	0,03	186,044	237,123
		20,42	20,10	20,00	0,32	0,10	255,146
		21,67	20,40	20,00	1,27	0,40	253,153
		26,70	21,60	20,00	5,10	1,60	254,150

Примеры вычислений:

А) Коэффицента теплопроводности в 1 опыте:

Б) Среднего значения коэффицента теплопроводности:

В) Абсолютной погрешности косвенных измерений:

Окончательный результат:

Вывод: в ходе лабораторной работы был определен коэффицент теплопроводности алюминия, благодаря сравнению с коэффицентом теплопроводности эталонной пластины железа. Он оказался равен

В справочниках это значение равно 219 .

Сравнительная оценка результата:

; где, -табличное значение коэффицента теплопроводности алюминия. Значит, способом, который мы применили в данной лабораторной работе можно определить коэффицент теплопроводности вещества, но с отклонением в 8,3%. Это, вероятнее всего, вызвано различными погрешностями и частыми округлениями чисел.