vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра Общей и технической физики

(лаборатория виртуальных экспериментов)

Определение теплопроводности твердого тела (пластина)

Методические указания к лабораторной работе № 18 для студентов всех специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 531/534 (075.83)

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА:

Лабораторный практикум курса общей физики. Смирнова Н.Н., Фицак В.В. Чернобай В.И. / Санкт-Петербургский горный институт. С-Пб, 2010, 14 с.

Лабораторный практикум курса общей физики по статистической физике и термодинамике предназначен для студентов всех специальностей Санкт-

Петербургского горного института.

С помощью учебного пособия студент имеет возможность, в предварительном плане, ознакомиться с физическими явлениями, методикой выполнения лабораторного исследования и правилами оформления лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ практикума проводится студентом индивидуально по графику.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор доц. Н.Н. Смирнова

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В. Плеханова, 2010 г.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Поток тепла Q, протекающего через однородную перегородку толщиной D и площадью S при разности температур T , определяется формулой

где - коэффициент теплопроводности, характеризующий

свойства среды.

Значение коэффициента теплопроводности может быть определено непосредственно из формулы [1], если измерить на опыте величины Q, T, D и S. Однако точное определение Q практически невозможно, поэтому в

настоящей работе производится сравнение теплопроводности

исследуемого материала 1 с теплопроводностью некоторого

другого эталонного материала с хорошо известным значением

коэффициента 2. При этом можно избежать измерения Q.

Суть метода следующая. Две пластинки, изготовленные из

материалов с коэффициентами теплопроводности 1 и 2, зажимаются между стенками, температуры которых равны T1 и T2 и поддерживаются постоянными во время опыта. Если толщины пластинок (D1 и D2) достаточно малы по сравнению с

наименьшим линейным размером их поверхности, то можно пренебречь потерей тепла через боковые поверхности. Тогда можно считать, что тепловой поток протекает только от горячей стенки к холодной через пластины. В этом случае

Из [2] получаем окончательно

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

где T1 и T2 - перепады температур на пластинках.

Зная теплопроводность материала одной из пластинок, используя формулу [3] легко определить на опыте теплопроводность другой пластинки. Необходимо помнить о том, что формула [3] получается в предположении сохранения теплового потока неизменным через обе пластинки, что оправдано при толщине, очень малой по сравнению с радиусом пластинки, и при теплоизоляции боковых поверхностей пластинок.

Экспериментальная установка

Схема установки изображена на рисунке ниже:

Назначение и характеристика основных элементов установки:

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. Установка состоит из пластин (2) и (3), зажатых между

нагревателем (1) и холодильником (4). Пластина (2) изготовлена из материала с известным коэффициентом теплопроводности, пластина (3) - из исследуемого материала.

Толщина пластины (2) - Dэт, толщина пластины (3) - dиссл. Форма пластин - диск, радиус 20 см, причем толщина

пластины более чем в 10 раз меньше диаметра. Между всеми соприкасающимися поверхностями проложена термопроводящая паста.

2. Нагреватель (1) подключен к регулируемому блоку питания (6). Управление термостатом осуществляется с пульта блока питания (7). Сопротивление спирали нагревателя R - 50 Ом, максимальная мощность - 800 Вт.

3. Холодильник (4) представляет толстую медную пластину, в

которой просверлены каналы, по которым циркулирует вода из термостата заданной температуры. Температура холодильника принимается равной температуре воды,

установленной на термостате - 20С, не регулируется. Вся

установка в теплоизоляционном кожухе.

4. Температура поверхностей пластин измеряется термопарами

(8), (9) и (10), зажатыми между пластинами. Индикация температуры - на табло (11), (12) и (13) соответственно.

ЗАДАНИЕ

1.Запустите работу.

2.Запишите материал и толщину образцовой пластины.

3.Включите термостат в режим "НАГРЕВ" и "ЦИРК". Включите блок питания.

4.Если проводится эксперимент с металлическими пластинами, то установите напряжение 25 В. Для прочих материалов установите напряжение 10 В.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5. Дождитесь установления теплового равновесия. Для

ускорения процесса можно использовать функцию программы "Скачок во времени". Для металлических пластин достаточно

10 15 мин, для неметаллов - 30 40 мин.

6.Запишите разности температур на пластинах.

7.Повторяйте п.п.4 6 для напряжений:

8.Рассчитайте для каждого значения напряжения коэффициент теплопроводности, найдите среднее значение.

9.По справочнику определите материал исследуемой пластины.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1

2.Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.

3.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа,

2000.

4.Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.

5.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука,

1998.

6