1. За формулою (4) обчислити значення коефіцієнта в’язкості досліджуваної рідини за даними вимірювань для кожної кульки окремо.
2. Знайти середню абсолютну і відносну похибки визначення коефіцієнта в’язкості і записати кінцевий результат:
.
Контрольні запитання
1. Явища переносу. Молекулярно-кінетичний механізм явищ переносу.
2. Закони Фіка, Фур’є і Ньютона.
3. Коефіцієнти явищ переносу і їх фізичний зміст.
4. Зв’язки між коефіцієнтами дифузії, в’язкості і теплопровідності.
5. Експериментальні методи визначення коефіцієнта в’язкості.
7. Вияснити основні джерела похибки у даній роботі.
Лабораторна робота № 7.4
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ
Мета роботи: визначити коефіцієнт теплопровідності міді.
Прилади та матеріали: прилад для визначення коефіцієнта теплопровідності; термометри (4 шт.); секундомір, балон для зливання води; мензурка; штангенциркуль.
Теоретичні відомості
Метод визначення коефіцієнта теплопровідності металів, що застосовується в цій роботі, ґрунтується на вимірюванні кількості теплоти Q Дж/с, що проходить за одиницю часу через поперечний переріз S металевого (мідного) стержня.
Як відомо, цей тепловий потік за законом Фур'є визначається за формулою
Q=кSgradT, (1)
де к — коефіцієнт теплопровідності;
— градієнт температури, К/м.
З формули (1) випливає, що коефіцієнт теплопровідності дорівнює:
.
Він чисельно дорівнює кількості теплоти, що переноситься через одиницю площі (1 м2) поперечного перерізу зразка за одиницю часу (1 с) при спаді температури на 1°С на одиниці шляху (1 м) теплового потоку, тобто к = Вт/м×К
Постійність градієнта температури вздовж зразка забезпечується нагріванням одного з його кінців в електричній печі і охолодженням іншого його кінця проточною водою, що має постійну температуру t1 °C.
З іншого боку, кількість теплоти, що проходить через зразок і передається воді за одиницю часу, може бути знайдена з рівняння теплового балансу:
, (2)
де с — питома теплоємність води, Дж/кг×К;
m — маса води, що протікає через холодильник за 1 с, кг;
t° — температура, до якої нагрівається вода, що оточує холодний кінець зразка.
Прирівнюючи праві частини рівнянь (1) і (2), одержуємо такий вираз для коефіцієнта теплопровідності:
, (3)
Враховуючи особливості конструкції установки, що застосовується в роботі (рис.7.4.1) формулу (3) можна перетворити відносно до виду вимірюваних величин.
Установка для визначення теплопровідності складається з мідного стержня 3, що має площу поперечного перерізу S=70,0×10-6 м2, електричного нагрівника 5, водяного холодильника 2, гнізд для термометрів 4, посудини 1 з охолодженою водою і мензурки 6.
Градієнт температури можна записати через різницю показів термометрів t3 і t4 і відстань l між ними:
. (4)
Рис. 7.4.1.
Масу води, що протікає через холодильник за одиницю часу, виразимо через її об'єм і густину:
, (5)
де r — густина води;
V — об'єм води, що витікає за час t.
Підставляючи формули (4) і (5) в (3), одержуємо кінцевий вираз для розрахунку коефіцієнта теплопровідності міді, з якої виготовлено зразок, то досліджується:
. (6)
Хід роботи
1. Штангенциркулем виміряти відстань l між термометрами t3 і t4, а також записати значення площі поперечного перерізу мідного стержня S (наводиться в інструкції до установки) і увімкнути нагрівач.
2. Після достатнього прогрівання стержня відкрити кран і повільно пропускати воду через холодильник. Потік охолоджувальної води регулюють таким чином, щоб досягти максимальної різниці температур, що реєструються термометрами t3 і t4.
3. Після встановлення стаціонарного режиму теплопередачі, якому відповідає сталість показань всіх термометрів, вимірюють температури t1, t2, t3 і t4.
4. При такому установленому потокові охолоджувальної води секундоміром заміряють час t, протягом якого в мензурці 6 збирається деякий її об'єм (наприклад, 100 см3).
5. З таблиць знаходять теплоємність води с і її густину r при температурних умовах досліду.
6. Результати вимірювань записують в таблицю.
| l (м) | s (м2) | t1°C | t2°C | t3°C | t4°C | t,c | V, м3 | 
| r, кг/м3 |
