1. Построить график зависимости температуры трёх точек стержня от времени. Полученная зависимость должна подтвердить установление стационарного режима.
2. Построить график зависимости температуры точек стержня от координаты в установившемся режиме. Полученный график должен подтвердить справедливость формулы (7).
3. Рассчитать площадь поперечного сечения стержня по формуле
S = πd2/4. (8)
Диаметр стержня d указан в таблице 3.
4. Рассчитать мощность, потребляемую нагревателем, по формуле PΣ = UI. Значения тока и напряжения, полученные в эксперименте, должны быть сведены в таблицу 4.
5. Потребляемая нагревателем мощность расходуется на все три процесса - тепловое излучение, конвекцию и теплопроводность. Потерями на тепловое излучение можно пренебречь. Потери на конвекцию значительны, однако их расчёт выходит за рамки данной работы. Принять потери на конвекцию Δ Pк = 0,5 PΣ. Следовательно, расходуемая на теплопроводность вдоль исследуемого стержня составит Pт = 0,5 PΣ.
6. Принять (учитывая соотношение длин левой и правой частей стержня по обе стороны от нагревателя), что оставшаяся часть мощности распределяется в слующем соотношении: Pл = 0,6 Pm – в направлении термопар, 0,4 Pm – в противоположном направлении. Следовательно
dQ/dt = Pл = 0,3 UI. (9)
7. Подставив (7), (8), (9) в (6), получим формулу для расчёта коэффициента теплопроводности
. (10)
8. Рассчитать по формуле (10) коэффициент теплопроводности керамики λ для ΔТ 1-2, 2-3 и 1-3 термопар. Полученные значения усреднить.
Контрольные вопросы
1. Что такое теплота? Количественная мера теплоты.
2. Что называется теплообменом? Какие виды теплообмена существуют? Сравните их механизмы между собой.
3. Каков механизм теплопроводности в различных телах?
4. Что такое фонон? Опишите теплопроводность кристаллических диэлектриков с помощью понятия о фононах.
5. Чем отличается металл от диэлектрика? В чем общность и различие теплопроводности металла и диэлектрика?
6. Напишите уравнение теплопроводности и поясните физический смысл входящих в него величин.
7. Что такое стационарная теплопроводность, чем она характеризуется?
8. Укажите, где при выводе формулы (10) используется условие стационарности процесса теплопроводности.
Инструкция по технике безопасности
1. Перед началом работы внимательно ознакомьтесь с заданием, порядком выполнения работы, проверьте исправность приборов.
2. Не оставляйте без присмотра нагревательные приборы, включенные в электросеть.
3. После окончания работы приведите в порядок рабочее место.
Список рекомендуемой литературы
1. Трофимова, Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. – 7-е изд., испр. / Т.И. Трофимова. - М.: Высшая школа, 2004 - §§ 48, 237.
2. Детлаф, А.А. Курс физики: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд., испр. и доп./ А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. - М.: Высшая школа, 1999.- §§ 10.7 – 10.9, 41.8.
3. Савельев, И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т.1: Механика. Молекулярная физика. / И.В. Савельев - М.: Наука., 1989. - §§ 79, 80.
4. Грабовский, Р.И. Курс физики (для сельскохозяйственных вузов): Учебное пособие. – 5-е изд., перераб. и доп. / Р.И.Грабовский - М.: Высшая школа, 1980. - Ч.1 §§ 49, 51.
5. Физический энциклопедический словарь. /Гл. ред. А.М. Прохоров. –М.: Советская энциклопедия, 1984. Теплопроводность. с. 748
