 |
Схема установки представлена на рисунке ниже:
Проволока 1 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Трубка имеет двойные стенки, между которыми циркулирует вода с заданной температурой. Температура стенок трубки поддерживается термостатом 10, который управляется с пульта 12. Нить нагревается электрическим током, ее температура определяется по изменению электрического сопротивления. Нить 1 включена в схему измерительного моста Уитстона, состоящего из магазина сопротивлений 8, гальванометра 9, нагрузочного 7 и эталонного сопротивлений 6. Параметры моста подобраны таким образом, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений в 10 раз больше сопротивления нити. Вся схема подключена к источнику питания Е, параметры которого задаются с пульта 11.
Технические характеристики установки:
- диаметр проволоки (1) 0,1 мм;
- внутренний диаметр трубки (5) 8 мм;
- длина проволоки (1) 0,5 м;
- материал проволоки вольфрам;
- коэффициент температурного сопротивления 
- величина R эт 3,5 Ом;
- величина r н 35 Ом.
ЗАДАНИЕ
1. Запустите работу.
2. Снимите при комнатной температуре зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I. Провести измерения для 4¸5 минимальных значений напряжения.
Результаты измерений занести в таблицу №1:
| Физ. величина | TR | U | I | R |
| Ед. измерений Номер опыта | К | В | А | Ом |
Постройте график зависимости 
. Продлите график до пересечения с осью ординат, для определения значения сопротивления нити при I = 0. Запишите определенное значение R o - сопротивление проволоки при комнатной температуре.
3. Нажать кнопки «Нагрев» и «Цирк». Для различных температур стенок трубки T R (20°, 40°, 60°, 80°) проведите измерения зависимости сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при различных значениях напряжения, от минимального (1 В) до максимального (15 В), увеличивая напряжение с шагом 2¸3 вольта. Записывайте в таблицу значения установленного напряжения V, протекающего тока I, сопротивления проволоки R.
4. Для каждого набора значений предыдущего упражнения рассчитать поток тепла, переносимый воздухом с проволоки:
[2]
и температуру поверхности проволоки: 
[3]
Используя результаты вычислений по формулам [2] и [3] рассчитать по формуле [1] среднеинтегральные коэффициенты теплопроводности c(T ср),
где 
- среднеарифметическая температура.
5. Постройте график зависимости 
. Сравните полученные значения с табличными.
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №2:
| Физ. величина | TR | U | I | R | Q | Tr | Tср | c | ||
| Ед. измерений Номер опыта | о С | В | А | Ом | Вт | К | К | 
| ||
| № | знач. | № | знач. | |||||||
| 1. 2. 3. 4. 5. | 1. 2. 3. 4. 5. | |||||||||
| … | … | … | … | |||||||
| … | … | … | … | |||||||
| … | … | … | … |
6) рассчитать погрешность косвенных измерений;
7) привести окончательный результат.
Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
Цель работы: определение коэффициента теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.
Количество теплоты 
, протекающее за единицу времени через однородную перегородку толщиной 
и площадью 
при разности температур 
, определяется формулой
[1]
где c - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды.
Значение коэффициента теплопроводности c может быть определено непосредственно из формулы [1], если измерить на опыте величины D Q, D T, d и S. Однако точное определение D Q практически невозможно, поэтому в настоящей работе производится сравнение теплопроводности исследуемого материала с теплопроводностью некоторого другого эталонного материала с хорошо известным значением коэффициента c. При этом можно избежать измерения D Q. Суть метода следующая. Две пластинки, изготовленные из материалов с коэффициентами теплопроводности c1 и c2, зажимаются между стенками, температуры которых равны T 1 и T 2 и поддерживаются постоянными во время опыта. Если толщины пластинок (d 1 и d 2) достаточно малы по сравнению с наименьшим линейным размером их поверхности, то можно пренебречь потерей тепла через боковые поверхности. Тогда можно считать, что тепловой поток протекает только от горячей стенки к холодной через пластины. В этом случае
и 
[2]
Из [2] получаем окончательно 
[3]
где D T 1 и D T 2 - перепады температур на пластинках.
Зная теплопроводность материала одной из пластинок, используя формулу [3] легко определить на опыте теплопроводность другой пластинки. Необходимо помнить о том, что формула [3] получается в предположении сохранения теплового потока неизменным через обе пластинки, что оправдано при толщине, очень малой по сравнению с радиусом пластинки, и при теплоизоляции боковых поверхностей пластинок.
