Утечки тепла через концы проволоки
Концы проволоки
поддерживаются при температуре, близкой
к комнатной. Вследствие теплопроводности
металла в ней устанавливается распределение
температур, сходное с показанным на
рис. 1. Поскольку температурная кривая
практически симметрична, то исключит
влияние концов можно следующим образом.
Разделим нить на два участка различной
длины, приварив к ней дополнительный
потенциальный вывод. Пусть длины участков
равны
и
,
а соответствующие падения напряжения
на них
и
.
Для среднего участка проволоки длиной
с напряжением на нем
формула (9) примет вид:
.
(10)
На этом участке температура нити практически везде одинакова.
В данном случае удается существенно уменьшить систематическую ошибку ценой незначительного усложнения прибора.
Конвективный перенос тепла
Теплопроводность
определяется тепловым движением молекул
газа. При конвективном
механизме
тепло переносится движение макроскопических
объемов газа. Оно может быть обусловлено
разностью плотностей нагретого и
холодного газа (естественная конвекция).
Конвекция может сильно исказить
результаты измерения коэффициента
теплопроводности. Роль конвекции в
переносе тепла тем существеннее, чем
больше разность температур
.
Для уменьшения искажающего влияния
конвекции на результаты измерений можно
воспользоваться тем, что, начиная с
некоторой разности температур, это
влияние резко возрастает. В нашем приборе
температура внешней стенки
практически одинакова в разных режимах.
Поэтому можно построить зависимость
измеренного значения
от температуры нити или средней
температуры газа. До температур, где
это значение резко растет с Т,
можно считать, что изучалась зависимость
коэффициента теплопроводности от
температуры. При более высоких температурах
влияние конвекции становится подавляющим,
а измерение коэффициента теплопроводности
в данном приборе – практически
невозможным.
Перенос тепла излучением
Тепловое излучение поверхности нагретой нити является также дополнительным механизмом переноса тепла, который может быть учтен введением соответствующей поправки. Плотность теплового потока, возникающего вследствие излучения, определяется формулой Стефана-Больцмана:
,
(11)
в которой
- степень черноты поверхности никелевой
проволоки, равная 0,44;
- постоянная Стефана-Больцмана;
и
- абсолютные температуры поверхностей
нити и трубки соответственно, S
– площадь поверхности рабочего участка
нити, определяемая по формуле:
.
С учетом поправки (11) формула (10) преобразуется к виду:
.
(12)
Как следует из формулы (11), величина поправки на излучение быстро растет с увеличением температуры нити. Относительный вклад поправки на излучение можно определить, сравнивая мощность излучения с полной электрической мощностью, выделяемой на рабочем участке нити:
.
(13)