Хід роботи
1. Мікрометром виміряти діаметр d кульки.
2. Виміряти відстань l між мітками a і b на посудині.
3. Опустити в рідину кульку і секундоміром виміряти час t її руху між мітками.
4. Повторити п.п. 1 і 3 ще для двох кульок.
5. Результати вимірювань записати в таблицю. Густина рідини вказана на лабораторній установці. Густину матеріалу кульки (як правило, сталь) взяти з довідкових таблиць.
|
Номер п/п |
d=2r, м |
l, м |
t, c |
, кг/м3 |
1, кг/м3 |
T, K
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
Обробка результатів експерименту і їх аналіз
За формулою (4) обчислити значення коефіцієнта в’язкості досліджуваної рідини за даними вимірювань для кожної кульки окремо.
Знайти середню абсолютну і відносну похибки визначення коефіцієнта в’язкості і записати кінцевий результат:
.
Контрольні запитання
1. Явища переносу. Молекулярно-кінетичний механізм явищ переносу.
2. Закони Фіка, Фур’є і Ньютона.
3. Коефіцієнти явищ переносу і їх фізичний зміст.
4. Зв’язки між коефіцієнтами дифузії, в’язкості і теплопровідності.
5. Експериментальні методи визначення коефіцієнта в’язкості.
Вияснити основні джерела похибки у даній роботі.
Лабораторна робота № 7.4 визначення коефіцієнта теплопровідності металів
Мета роботи:визначити коефіцієнт теплопровідності міді.
Прилади та матеріали: прилад для визначення коефіцієнта теплопровідності; термометри (4 шт.); секундомір, балон для зливання води; мензурка; штангенциркуль.
Теоретичні відомості
Метод визначення коефіцієнта теплопровідності металів, що застосовується в цій роботі, ґрунтується на вимірюванні кількості теплоти Q Дж/с, що проходить за одиницю часу через поперечний переріз S металевого (мідного) стержня.
Як відомо, цей тепловий потік за законом Фур'є визначається за формулою
Q=кSgradT, (1)
де к — коефіцієнт теплопровідності;
—градієнт температури, К/м.
З формули (1) випливає, що коефіцієнт теплопровідності дорівнює:
.
Він чисельно дорівнює кількості теплоти, що переноситься через одиницю площі (1 м2) поперечного перерізу зразка за одиницю часу (1 с) при спаді температури на 1°С на одиниці шляху (1 м) теплового потоку, тобто к = Вт/мК
Постійність градієнта температури вздовж зразка забезпечується нагріванням одного з його кінців в електричній печі і охолодженням іншого його кінця проточною водою, що має постійну температуру t1°C.
З іншого боку, кількість теплоти, що проходить через зразок і передається воді за одиницю часу, може бути знайдена з рівняння теплового балансу:
, (2)
де с — питома теплоємність води, Дж/кгК;
m — маса води, що протікає через холодильник за 1 с, кг;
t° — температура, до якої нагрівається вода, що оточує холодний кінець зразка.
Прирівнюючи праві частини рівнянь (1) і (2), одержуємо такий вираз для коефіцієнта теплопровідності:
, (3)
Враховуючи особливості конструкції установки, що застосовується в роботі (рис.7.4.1) формулу (3) можна перетворити відносно до виду вимірюваних величин.
Установка для визначення теплопровідності складається з мідного стержня 3, що має площу поперечного перерізу S=70,010-6 м2, електричного нагрівника 5, водяного холодильника 2, гнізд для термометрів 4, посудини 1 з охолодженою водою і мензурки 6.
Градієнт температури можна записати через різницю показів термометрів t3 і t4 і відстань l між ними:
. (4)
Рис. 7.4..
Масу води, що протікає через холодильник за одиницю часу, виразимо через її об'єм і густину:
, (5)
де — густина води;
V — об'єм води, що витікає за час .
Підставляючи формули (4) і (5) в (3), одержуємо кінцевий вираз для розрахунку коефіцієнта теплопровідності міді, з якої виготовлено зразок, то досліджується:
. (6)