Порядок виконання роботи Спосіб 1

1. Ознайомитися з установкою. Увімкнути нагрівник та довести воду у посудині до кипіння. Підтримувати температуру води протягом усього досліду.

2. Виміряти радіус R та висоту зразка h. За формулою (2.2.3) обчислити коефіцієнт форми k.

3. Занурити циліндр у воду. Температуру зразка вимірювати за допомогою термометра. Протягом перших 5 хвилин вимірювати температуру слід кожні 30 секунд, а далі –щохвилини. Тривалість досліду має становити 15 - 20 хвилин.

4. Результати записати в табл. 2.2.1.

5. Розрахувати різницю між температурою зразка та киплячою водою і записати її в табл. 2.2.1.

6. Побудувати графік залежності .

7. Обробити графік та за формулою (2.2.5) визначити темп нагріванняа.

8. За формулою (2.2.6) розрахувати коефіцієнт теплопровідності ебоніту.

Спосіб 2

1. Ознайомитися з установкою. Увімкнути нагрівник та довести воду у посудині до кипіння. Підтримувати температуру води протягом усього досліду.

2. Виміряти радіусRта висоту зразкаh. За формулою (2.2.3) обчислити коефіцієнт формиk.

3. Занурити циліндр у воду та увімкнути самозаписувач. Протягом 15-20 хв. отримати діаграму залежності температури зразка від часу (рис. 2.2.2).

4. Для визначення темпу нагрівання опрацювати діаграмну стрічку. Для цього:

а) нанести на діаграму шкалу температур (мінімальна температура зразка – кімнатна, а максимальна – 100 ^оС);

б) знаючи швидкість руху діаграмної стрічки, нанести на діаграму шкалу часу;

в) кожні 120 с одержати значення температури зразка t ^оС. Значення температури та часу записати в табл. 2.2.1.

5. Розрахувати різницю між температурою зразка та киплячою водою (Т₀ = 100 ºС) і занести її до табл. 2.2.1.

6. Побудувати графік залежності .

7. Обробити графік та за формулою (2.2.5) визначити темп нагріванняа.

8. За формулою (2.2.6) розрахувати коефіцієнт теплопровідності ебоніту .

Таблиця 2.2.1

№ пор.	, с	t оC	∆ T, K	ln ∆ T	, Вт/(м∙К)

Контрольні запитання

1. Які явища переносу вам відомі?

2. Дайте визначення явища теплопровідності.

3. Запишіть закон Фур’є для явища теплопровідності.

4. Що називається коефіцієнтом теплопровідності? Поясніть його фізичний зміст.

5. Від чого залежить теплопровідність твердих тіл?

6. Дайте визначення градієнта температури.

7. Поясніть фізичний зміст знака «мінус» в законі Фур’є.

8. Що таке регулярний режим нагрівання? Запишіть закон зміни температури залежно від часу за регулярного режиму.

9. Поясніть практичне значення коефіцієнта теплопровідності будівельних матеріалів.

Лабораторна робота № 2.3.Перевірка основних газових законів

Мета роботи: вивчити таекспериментально перевірити закономірності ізотермічного, ізохорного та ізобарного процесів в газах.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: рівняння стану ідеального газу, ізопроцеси, перший закон термодинаміки, рівняння Майєра.

Література: [1, т.1, §§14.6, 14.7, 16.1 – 16.5;2, §§41, 42, 51 – 56;6, §§ 4.3, 4.6, 4.7;7, §§ 2.1, 2.3].

Стан газу характеризується макроскопічними параметрами: об’ємом V, тискомpі температуроюT. Зміна одного з них призводить до зміни решти параметрів. Для ідеальних газів справедливим єзакон Клапейрона – Менделєєва:

, (2.3.1)

, (2.3.2)

де – кількість молей,m і μ – відповідно маса і молярна маса газу, R – універсальна газова стала (див. дод.).

Перехід певної маси газу з одного стану в інший називають термодинамічним процесом. Якщо такий перехід відбувається за сталого значення одного з параметрів рівності (2.3.1) та m= const, то він називаєтьсяізопроцесом. Розрізняють три ізопроцеси:

– ізотермічний (Т = const, закон Бойля – Маріотта):

, або , (2.3.3)

– ізохорний (V = const, закон Шарля):

, (2.3.4)

– ізобарний (р = const, закон Гей-Люссака):

. (2.3.5)

На основі першого начала термодинамікикількість теплоти, яка підводиться до системи, йде на заміну її внутрішньої енергіїі на виконання роботи:

. (2.3.6)

Для ізобарного процесу і длямолів газу:

, (2.3.7)

або відповідно до (2.3.1):

, (2.3.8)

звідси

. (2.3.9)

Універсальна газова сталачисельно дорівнює роботі розширення одного моля ідеального газу в ізобарному процесі за збільшення його температури на 1 К.

Для ізохорного процесу: і,

де – молярна теплоємність за сталого об’єму.

Отже,

. (2.3.10)

Кількість теплоти за ізобарного процесу для 1 моля газу відповідно до (2.3.8):

,

де – молярна теплоємність за сталого тиску.

Отже, (формула Майєра).

Для вивчення законів ідеальних газів користуються лабораторною установкою (рис. 2.5.1), яка складається з герметичного гофрованого циліндра 1, з’єднаного з манометром М, нагрівника 2, термопари 3 для вимірювання температури (див. лаб. роб. 3.4), гвинта 4, лінійки 5 та кранів 6 і 7.