18virt_otchet

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа №18 (лаборатория виртуальных экспериментов)

По дисциплине: Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение теплопроводности твердого тела (пластина)

Автор: студент гр. СПС-18 ___________ Ломаева Т.Ю.

(подпись) (Ф.И.О)

Проверила: доцент ___________ Ломакина Е.С.

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2018

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Краткие теоретические сведения:

1) Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.

2) Основные определения:

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Температура - физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Теплопроводность - способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела.

Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

3) Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):

Поток тепла Q, протекающего через однородную перегородку толщиной и площадью при разности температур , определяется формулой

где ꭓ - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды.

Схема экспериментальной установки:

1 – нагреватель

2,3 – пластины

4 – холодильник

5 – стенки

6 – блок питания

7 – термостат (пульт)

8,9, 10 – термопары

11,12,13 – табло термопар

Основные расчетные формулы:

1. Коэффициент теплопроводности исследуемого материала:

, где

- толщина перегородки эталонного материала

- толщина перегородки исследуемого материала

- коэффициент теплопроводности эталонного материала

- перепад температур на исследуемой пластине

- перепад температур на эталонной пластине

2. Перепады температур:

Формулы погрешностей косвенных измерений:

Δχ₂ =

Таблица измерений

Физическая величина	U
Единицы измерения	В	ºС	ºС	ºС	ºС	ºС
1	25	20,04	20,01	20,00	0,03	0,01	203,57	144,17
2	50	20,16	20,05	20,00	0,11	0,05	149,28
3	75	20,36	20,12	20,00	0,24	0,12	135,71
4	100	20,64	20,22	20,00	0,42	0,22	129,54
5	125	21,00	20,34	20,00	0,66	0,34	131,72
6	150	21,44	20,48	20,00	0,96	0,48	135,71
7	175	21,96	20,66	20,00	1,30	0,66	133,65
8	200	22,56	20,86	20,00	1,70	0,86	134,14

Пример вычислений (по строке №1):

1. Исходные данные:

Эталонная пластина – железо

Исследуемая пластина – алюминий

d₁ эталонной пластины = 5 мм = 0,005 м

d₂ исследуемой пластины =7 мм =0,007 м

χ₁ эталонного материала = 95 Вт/(м*К)

2. Погрешность прямых измерений:

∆Т=0,01°С

∆U=1В

3. Пример вычислений:

ΔТ₁ = 20,04 - 20,01 = 0,03 К

ΔТ₂ = 20,01 - 20,00 = 0,01 К

χ ₂= = 203,57 Вт/(м*К)

χ _2ср= (203,57+149,28+135,71+129,54+131,72+135,71+133,65+134,14) / 8 = 144,17 Вт/(м*К)

Окончательный результат

χ ₂=144,17+2,29Вт/м*К

Вывод

В ходе лабораторной работы был определен коэффициент теплопроводности твердого тела (пластины из свинца) методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латунь). Получен коэффициент равный 144,17+2,29 Вт/м*К, табличное значение равно 203,5 Вт/м*К. Полученное значение отличается от исходного на 41,1%.