Контрольные вопросы

1. При каких условиях газ можно считать идеальным?

2. Какое уравнение состояния описывает идеальный газ?

3. Какие виды процессов, происходящих с газом, Вы знаете?

4. При каких условиях проходят изопроцессы?

5. Для каждого изопроцесса приведите качественный анализ - как изменяется внутренняя энергия газа, совершает ли система работу, как система обменивается теплом с окружающей средой?

Лабораторная работа № 8

Изучение процесса теплопроводности

Цель работы: на основе законов теплопроводности ознакомиться с основными физическими величинами, описывающими этот процесс и изучить его качественные закономерности.

Теория

Существует три основных вида передачи тепла:

1. Теплопроводность – передача теплоты в теле посредством молекулярного движения, при этом вещество остается неподвижным.

2. Конвекцией тепло переносится вместе с веществом.

3. Излучением тепло переносится электромагнитными волнами.

Для первых двух процессов необходимо наличие среды, в то время как излучением тепло может распространяться и в пустом пространстве.

Рассмотрим первый процесс передачи тепла. Физической величиной, характеризующей этот процесс, является вектор потока тепла, который направлен в сторону убывания температуры. Такое направление вектора показывает, что тепло распространяется из горячей области в холодную. Поток тепла пропорционален разности температур в точках на определенном расстоянии и зависит от свойств вещества, в котором распространяется тепло. Физическая величина, которая характеризует зависимость потока тепла от вида вещества, называется коэффициентом теплопроводности.

Чем больше коэффициент теплопроводности, тем больше поток тепла при той же разности температур на определенном расстоянии. Наибольший коэффициент теплопроводности имеют металлы, такие как медь, серебро и некоторые кристаллы. Существуют материалы, которые имеют очень маленький коэффициент теплопроводности (например, пенопласт), их называют теплоизоляционными материалами.

Если нагревать стержень с одной стороны, тепло начнет распространяться вдоль него в другую сторону, и температура вдалеке от источника тепла будет увеличиваться, но не сразу, а постепенно. Насколько быстро это будет происходить, зависит, в частности, от коэффициента теплопроводности стержня.

Порядок выполнения работы.

1. Очистите рабочий стол, нажав кнопку меню "Новый проект".

2. Из третьего ящика стола достаньте штатив и расположите его на рабочем столе ближе к баллонам хранилища с газами. Из этого же ящика возьмите стержень и подведите его к лапке штатива - он закрепится в ней после отпускания кнопки мыши. Возьмите свечку и поставьте ее под правым концом стержня.

3. Щелкните на стержне правой кнопкой мыши - откроется окно его параметров. Из набора материалов выберите серебро "Ag". В поле "температура" наберите 20^оС. В поле "коэффициент теплоотдачи в окружающую среду" наберите значение 50. Нажмите кнопки "Принять параметры" и "Показать график".

4. Соберите на рабочем столе вторую такую же установку, расположив ее немного правее. В отличие от первой, во второй установке в качестве материала стержня выберите свинец "Pb". Остальные параметры необходимо сделать такими же, как в первой установке, и нажать те же кнопки "Принять параметры" и "Показать график".

5. Если Вы ленитесь, то можете взять готовую установку из файла Lab8.

6. Включите проектор для вывода графиков на экран.

7. Нажмите кнопку "Пуск". Ничего не изменится, так как комнатная температура и начальная температура стержней одинакова.

8. С помощью левой кнопки мыши, подведенной к фитилю свечки, зажгите сначала левую, а затем правую свечки. Наблюдайте на экране изменение температуры вдоль обоих стержней. Со временем распределение температуры установится, и больше меняться не будет.

9. Погасите одну из свечей и наблюдайте за происходящим на экране.

10. Снова поджигая и гася свечки, наблюдайте за изменением температуры в стержнях.

11. После установления температур в стержнях при горящих свечах, перенесите свечу, нагревающую свинцовый стержень к его середине, к левому концу стержня. Наблюдайте за эффектом.

12. Можете и дальше играться в том же духе, внимательно наблюдая за происходящим на экране.

13. Сделайте выводы из Ваших экспериментов.