Описание установки
Рабочий участок установки показан на рис. 2.
Никелевая проволока
диаметром
расположена по оси вертикальной
стеклянной трубки внутренним диаметром
,
заполненной воздухом. Внешняя стеклянная
трубка диаметром D
образует кожух для воды. Тепловой поток,
идущий через воздух от нагретой проволоки,
нагревает прилегающие к внутренней
трубке слои воды. Вследствие теплового
расширения плотность этих слоев воды
уменьшается. Разность плотностей
вызывает движение – циркуляцию жидкости
и непрерывное обновление слоев,
прилегающих к трубке. Из-за большой
теплоемкости и значительного объема
воды изменение ее температуры в течение
опыта незначительно, поэтому можно
считать, что температура внутренней
стеклянной трубки (
)
равна температуре воды, т.е. комнатной
температуре, которая определяется по
термометру в лаборатории. Проволока
ориентирована по оси трубки с помощью
втулок. Рабочий участок схемы имеет два
токоподвода и три потенциальных вывода,
которые позволяют произвести измерение
падений напряжения
и
на двух участках проволоки.
Подключение
вольтметра
осуществляется с помощью тумблера Тум.
Ток в цепи проволоки рассчитывается по
закону Ома:
,
(14)
где
измеряется вольтметром
,
указано на плате установки.
Сопротивление R
служит для ограничения тока в цепи
питания проволоки. Сопротивления
участков проволоки
и
также рассчитываются по закону Ома для
участка цепи:
;
,
(15)
где и измеряются вольтметром , I – ток в цепи проволоки, рассчитанный по формуле (14).
Температура проволоки определяется по ее сопротивлению. При этом рассматривается центральный участок проволоки с сопротивлением:
,
(16)
которое зависит от температуры, по формуле:
и, следовательно,
.
(17)
Здесь
- температурный коэффициент сопротивления
никеля,
- сопротивление исследуемого участка
нити при комнатной температуре
определяется экстраполяцией, т.е.
продолжением графика
в точку
.
Значения
,
,
указаны на плате установки.
Порядок выполнения работы
Собрать электрическую схему установки.
Включите в сеть и подготовить к работе вольтметры и .
Включить в сеть выпрямитель ВС-24М, предварительно установив ручку регулировки напряжения в положение, соответствующее, минимальному напряжению.
Измерить и записать температуру воздуха в лаборатории .
Переводя регулятор напряжения на лицевой панели выпрямителя вправо, записать показание вольтметра и, переключая тумблер, с помощью вольтметра , определять напряжения и . При этом вследствие тепловой инерции измерительной ячейки переход от одного установившегося теплового состояния к другому происходит через определенный интервал времени, увеличивающийся с ростом тока в цепи. О достижении стационарности процесса можно судить по показаниям вольтметров: записывать их показания следует только после того, как они перестают изменяться. В процессе эксперимента заполняйте таблицу 1.
Таблица 1
|
Положение тумблера |
Примечание:
Цена деления
(
|
|||
|
|
||||
деления |
В |
, В |
, В |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
)
