- •Р а б о т а № 3 Определение коэффициента внутреннего трения воздуха и его зависимости от температуры
- •Описание лабораторной установки
- •Задание и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Р а б о т а № 4 Определение коэффициента теплопроводности металлов
- •Описание лабораторной установки
- •Задание и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •Задание и отчетность
- •5. Рассчитать значения вязкости для температур 30 0с, 40 0с, …95 0с.
- •Задание и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •Задание и отчетность
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Задание и отчетность
В начале определяют площадь поперечного сечения S исследуемого стержня, для этого измеряют его диаметр, затем масштабной линейкой измеряют длину стержня l и расстояние хi от нагреваемого конца стержня до каждой из четырех точек, высверленных в стержне, принимая за нагреваемый конец ближайшее к печи отверстие.
Вставить датчик термопары в первое отверстие стержня, закрепленного длинным концом в нагревателе.
Включить измерительный мост УИП-60М тумблером Т.
Включить печь в сеть и прогреть ее 2025 мин.
Вращая ручку потенциометра П добиться, чтобы стрелка гальвонометра G установилась на нуле. Показания термоЭДС снять со шкалы, связанной с потенциометром. Провести измерения ЭДС во всех точках стержня. Результат занести в таблицу, найти среднее значение для каждой точки. Перевести среднее значение ЭДС в соответствующую ей температуру по следующей формуле
, (8)
где - температура окружающей среды (0С),
t0 - измеряемая температура,
.
Сменить стержень на другой из другого металла.
( Осторожно, возможен ожог! )
Повторить п.п. 2-5
Тумблером Т отключить питание измерительного моста.
Построить графики зависимости Т (х).
С учетом формул (6) и (8) рассчитать для всех контрольных точек и различных материалов величину коэффициента теплопроводности по формуле
где индекс i соответствует номеру контрольной точки.
Для данного материала рассчитать среднее значение коэффицента теплопроводности, абсолютную ошибку и окончательный результат записать в виде:
Контрольные вопросы
Объяснить полученные закономерности в значениях для различных металлов.
Объяснить фононный и электронный механизмы переноса тепла в твердых телах.
Что такое коэффициент теплопроводности?
Литература
1. Кикоин В. Н. Кикоин А. П. Молекулярная физика.- М.: Наука., 1976.
2. Сивухин Л. В. Общий курс физики.- М.: Наука., 1975.
р а б о т а № 5
Исследование температурной зависимости коэффициента вязкости в жидкости
Принадлежности: термостат, трансформаторное масло, экспериментальная установка, весы торсионные.
Теория метода
На капельку воды (или на твердый шарик), падающий в вязкой жидкости, действуют 3 силы: сила тяжести, подъемная сила (закон Архимеда) и сила сопротивления движению, обусловленная силами внутреннего трения жидкости. При движении шарика слой жидкости, граничащий с его поверхностью, прилипает к шарику и движется со скоростью шарика. Таким образом, при вычислении сопротивления среды следует учитывать трение отдельных слоев жидкости друг о друга, а не трения шарика о жидкость.
Если шарик падает в жидкость, простирающейся безгранично по всем направлениям, не оставляя за собой никаких завихрений (малая скорость падения, маленький шарик), то, как показал Стокс, сила сопротивления равна:
, (1)
где -коэффициент внутреннего трения жидкости,
v -скорость шарика,
r -его радиус.
Вывод этой формулы довольно сложен и поэтому не может быть приведен здесь, его можно найти в специальной литературе. Однако вид соотношения, определяющего силу f , можно с точностью до постоянного множителя установить исходя из соображений размерностей.
Опыт показывает, сила сопротивления будет тем больше, чем больше коэффициент внутреннего трения , радиус r и скорость v падающего шарика. Таким образом, можно записать
, (2)
но
. (3)
Сравнивая соотношения (2) и (3) нетрудно видеть, что rxvy должно иметь размерность , т.к.
, а
; .
; ; откуда , .
Следовательно .
Множитель этим методом не может быть определен, он получается равным 6, если решить задачу гидродинамики вязкой жидкости.
В случае падения шарика в жидкости уравнение движения имеет вид
. (4)
Здесь - плотность вещества шарика (капелька жидкости),
1- плотность жидкости (трансформаторного масла),
g- ускорение силы тяжести.
Все три силы, входящие в правую часть уравнения (4) будут направлены по вертикали: сила тяжести – вниз, подъемная сила и сила сопротивления – вверх. Сила сопротивления с увеличением скорости движения шарика возрастает, а ускорение уменьшается и, наконец, шарик достигает такой скорости, при которой ускорение становится равным нулю, тогда уравнение примет вид
. (5)
В этом случае шарик движется с постоянной скоростью v0 .
Такое движение шарика (капелька воды) называется установившимся.
Решая уравнение (5) относительно коэффициента внутреннего трения, получаем
. (6)
Зная величины, находящиеся в правой части равенства можно определить коэффициент внутреннего трения жидкости.
Практически невозможно осуществить падение шарика в безграничной среде, так как всегда жидкость находится в каком-то сосуде, имеющем стенки. Если шарик падает вдоль оси цилиндрического сосуда радиуса R, то учет наличия стенок приводит к следующему выражению для коэффициента вязкости:
. (7)
В работе измеряется коэффициент вязкости масла.
В трубке с маслом падают капли воды, коэффициент вязкости определяется по формуле:
(8)
где v- скорость падения капли воды,
r- радиус капель,
, -плотности жидкостей,
g- ускорение свободного падения.