vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити

Цель работы: определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.

В работе используются: вертикальная трубка с двойными стенками с натянутой внутри проволокой; магазин сопротивлений; эталонное сопротивление 10 Ом и нагрузочное сопротивление; гальванометр; источник питания; термостат.

Если внутри сосуда с газом существует градиент температур, в газе возникают процессы, приводящие к выравниванию температуры. В обычных условиях среди этих процессов наибольшую роль играет конвекция. Конвекция появляется из-за того, что легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой, если объем газа невелик или если он разбит на небольшие каналы или ячейки. В последних случаях возникновению конвекционных потоков мешает вязкость. При отсутствии конвекции процесс переноса тепла замедляется, но не прекращается. Он происходит благодаря теплопроводности газа, связанной с тепловым движением молекул. Выравнивание температуры получается при этом из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. В данной работе исследуется этот случай.

Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:

Уравнение [1] может служить для определения коэффициента теплопроводности. При этом нужно знать радиусы нити r, цилиндра R, длину цилиндра L, поток тепла Q и разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра Tr - TR.

Нить цилиндра нагревается электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток Q становится равен джоулеву теплу, выделяемому в нити, которое тепло легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока. Наибольшую трудность вызывает измерение температуры нагретой нити, но доступной непосредственному измерению.

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Экспериментальная установка.

Схема установки представлена на рисунке ниже:

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

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ЗАДАНИЕ

1.Запустите работу.

2.Снимите при комнатной температуре зависимость сопротивления нити R от

протекающего через установку тока I. Провести измерения для 4 5 минимальных значений напряжения.

Результаты измерений занести в таблицу №1:

Постройте график зависимости R f I 2 . Продлите график до пересечения с осью ординат, для определения значения сопротивления нити при I = 0. Запишите определенное значение Ro - сопротивление проволоки при комнатной температуре.

3. Нажать кнопки «Нагрев» и «Цирк». Для различных температур стенок трубки TR (20 , 40 , 60 , 80 ) проведите измерения зависимости сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при различных значениях напряжения, от минимального (1 В) до максимального (15 В), увеличивая напряжение с шагом 2 3 вольта. Записывайте в таблицу значения установленного напряжения V, протекающего тока I, сопротивления проволоки R.

4. Для каждого набора значений предыдущего упражнения рассчитать поток тепла, переносимый воздухом с проволоки:

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу №2:

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6)рассчитать погрешность косвенных измерений;

7)привести окончательный результат.

45