Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_09

Лабораторна робота № 9

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛІВ

9.1. Теорія методу та опис приладів

Метод визначення коефіцієнта теплопровідності металів, що використовується в даній роботі, ґрунтується на застосуванні рівняння Фур’є (9.1), яке описує передачу тепла від більш нагрітої частини тіла до менш нагрітої при стаціонарному розподілі температур для одномірного температурного поля:

(градієнт температури); λ – коефіцієнт теплопровідності.

Градієнт температури вздовж зразка, виготовленого у вигляді круглого стрижня, створюється нагріванням одного кінця стрижня гарячою водяною парою від пароутворювача і охолодженням другого кінця стрижня проточною водою.

Градієнт температури легко визначити, вимірюючи різницю температур Т та відстань х між даними точками зразка, розташованими в напрямку передачі тепла.

діаметром d. Час процесу теплопередачі вимірюють годинником з точністю до 1 с. Головною проблемою для експериментального визначення коефіцієнта теплопровідності є вимірювання кількості теплоти Q, яка пройшла через стрижень.

Якщо тепло передається вздовж стрижня і відсутні втрати тепла через його бічну поверхню, то вся кількість теплоти, яка проходить через поперечний переріз зразка, передається воді, що нагрівається від температури t1 до температури t2:

води, що охолоджує стрижень, виразити через її об’єм V та густину ρ, то одержимо вираз для коефіцієнта теплопровідності:

1

діаметром d = (22 0,5) мм (рис. 1). Один кінець його нагрівається водяною парою з пароутворювача 2, а другий кінець омивається проточною водою, котра поступає з крана 3 через патрубок 4. В металевому кожусі 5, з теплоізоляцією, є два отвори для термометрів Т3 і Т4.

6

7

Рис. 1

Температуру t2 нагрітої від стрижня води визначають за показами термометра Т2, що знаходиться в патрубку, через який витікає проточна вода в мірну склянку 6, розташовану в кюветі 7. Початкову температуру t1 проточної води вимірюють у кінці досліду термометром Т2, зануреним в склянку з водою, набраною безпосередньо з крана 3 після від’єднання від нього гумового патрубка.

Література

1.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 321 – 322.

2.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики, Т.1. –

К., 2006. – C. 352 – 356.

3.Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальний курс фізики, Т.3. – К., 2006. – C.

365 – 376.

4.Гапчин Б.М., Дутчак Я.Й., Френчко В.С. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум: Навч. посібник. – Львів. – 1990. – С. 122 – 124.

9.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Дайте визначення коефіцієнта теплопровідності.

2.Назвіть елементи дослідної установки. Яке їхнє призначення?

3.Які чинники можуть вплинути на точність вимірювань?.

4.Вкажіть на основні заходи безпеки під час виконання роботи.

2

1.Перевірити наявність води в пароутворювачі, її кількість повинна становити 150 – 200 мл.

2.Поставити пароутворювач на електроплитку так, щоб гумовий патрубок, який з’єднує пароутворювач з кожухом установки, не був перегнутий. Увімкнути електроплитку в лабораторну електричну мережу.

3.Штангенциркулем виміряти відстань l між довгими осями термометрів

Т3 і Т4.

4.Коли температура t4 досягне значення вищого за 50°С, під’єднати гумовий патрубок 4 до крану 3. Відкрити кран і досягти найтоншого струменя води, що витікатиме з установки в склянку 6, розташовану в кюветі 7.

5.Через кілька хвилин, коли склянка наповниться водою, в досліджуваному мідному стрижні встановиться температурне поле близьке до стаціонарного. Необхідно вилити воду із склянки в умивальник і підставити її під струмінь води, що витікає з установки. Записати час початку досліду за показами годинника.

6.Записати покази термометрів Т2, Т3, Т4 на початку досліду і в його кінці, коли склянка наповниться водою до позначки 300 або 400 мл.

7.Визначити за годинником час τ, протягом якого в підставленій склянці з'явиться запланований об’єм води.

8.Вилити воду із склянки в умивальник і знову поставити склянку в кювету під струмінь води. Виконати дослід тричі (пункти 6, 7). У розрахунках

використовувати середні значення температур t2, t3 і t4 на початку і в кінці досліду.

9.Вимкнути електроплитку, зняти патрубок 4 з крана і наповнивши

склянку проточною водою виміряти термометром Т2 температуру проточної води t1, значення якої використати в усіх трьох дослідах.

10.Розрахувати значення коефіцієнта теплопровідності λ за формулою (9.4). Обчислити похибки. Дані занести до таблиці.

3