otchet_laba_17

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа № 17

По дисциплине: ФИЗИКА

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗОВ МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ»

Выполнил: студент гр. ГНГ-16-1 _________ /Анненкова А.В./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: ассистент кафедры ОТФ _________ /Водкайло Е.Г./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2016

Цель работы

Определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.

Краткое теоретическое обоснование

Теплопроводность - процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому телу или от более нагретой части одного тела к другой части при их непосредственном контакте.

Поток тепла - количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность.

В данной работе исследуется выравнивание температуры из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. Часто в основе выравнивание температур газов лежит понятие конвекция, т.е. при нормальных условиях легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. В данном эксперименте конвекция не возникает, т.к. воздух нагревается по всей высоте движения воздуха. И поэтому выравнивание температуры происходит за счет теплопроводности воздуха, связанной с тепловым движением молекул.

С хема установки

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.

Основные расчетные формулы

Q - поток тепла [Вт] I – сила тока [A] - коэффициент теплопроводности газа R – сопротивление нити [Ом] - сопротивление проволоки при [Ом] L - длина цилиндра [м] - температура газа у поверхности проволоки [К] - температура нагревателя [К] - среднеарифметическая температура [К] - радиус цилиндра [м] - радиус проволоки [м]  - коэффициент температурного сопротивления [ ]

Формулы погрешности косвенных измерений

или

Таблицы измерений

Таблица №1

Физ. величина		U	I	R
Е д.измерений Номер опыта	К	В	А	Ом
1	293	1	0.15	3.88
2	293	2	0.29	4.06
3	293	3	0.42	4.35
4	293	4	0.54	4.72
5	293	5	0.64	5.15

Из графика следует, [Ом]

Таблица №2:

Физ. величина		U	I	R	Q
Ед. измерений Номер опыта	C	В	А	Ом	Вт	К	К
1	20	1	0.15	3.88	0.07	298.8	295.9	0.017
		3	0.42	4.35	0.63	325.8	309.4	0.026
		5	0.64	5.15	1.74	371.8	332.4	0.03
		7	0.8	6.14	3.24	428.7	360.85	0.033
		9	0.92	7.21	5.04	490.3	391.65	0.035
		11	1.03	8.3	7.28	552.9	422.95	0.039
		13	1.11	9.38	9.55	615.1	454.05	0.041
2	40	1	0.14	4.2	0.07	337.2	325.1	0.004
		3	0.41	4.64	0.64	362.5	337.75	0.018
		5	0.62	5.41	1.72	406.7	359.85	0.026
		7	0.78	6.36	3.2	461.4	387.2	0.03
		9	0.91	7.39	5.06	520.6	416.8	0.033
		11	1.01	8.46	7.13	582.1	447.55	0.036
		13	1.1	9.52	9.52	649.1	481.05	0.039
3	60	1	0.14	4.52	0.07	375.6	354.3	0.002
		3	0.39	4.93	0.62	399.1	366.1	0.013
		5	0.6	5.66	1.68	441.1	387.1	0.021
		7	0.76	6.58	3.14	494	413.5	0.027
		9	0.89	7.58	4.96	551.5	442.3	0.031
		11	1	8.62	7.12	611.4	472.2	0.035
		13	1.09	9.67	9.49	671.8	502.4	0.039
4	80	1	0.13	4.84	0.07	414	383.5	0.001
		3	0.38	5.23	0.62	436.4	394.7	0.01
		5	0.58	5.92	1.65	476	414.5	0.018
		7	0.75	6.8	3.16	526.7	439.9	0.025
		9	0.88	7.78	4.98	583	468	0.03
		11	0.98	8.8	6.99	641.7	497	0.034
		13	1.07	9.82	9.29	700.4	526.7	0.037

Примеры вычислений

а) Исходные данные:

L = 0.5 м, r = м, м, α =

б) Погрешность прямых измерений:

В, А, К, Ом

в) Вычисления:

в) Вычисления погрешностей косвенных измерений

Вывод

В проведенной лабораторной работе был определен коэффициент теплопроводности воздуха и оценена зависимость теплопроводности воздуха от температуры нагрева и напряжения тока, заданного в цепи. Относительная погрешность составила 22 %. Это связано с тем, что при постепенном увеличении и напряжения в цепи, происходит увеличение коэффициента теплопроводности воздуха.