№ 33 (1107969)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 33ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТАТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХАОписание составила ст. преп. Овченкова Ю.А.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц.

Авксентьев Ю.И.33ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДСТИВОЗДУХАЦель работы: определение коэффициента теплопроводности воздуха с помощью нагретой нити, расположенной коаксиально внутри трубки.ТЕОРИЯ МЕТОДАПеренос тепла от более нагретой части какого-либо тела к менее нагретой может осуществляться тремя способами: конвекцией (переносомкакой-либо части жидкости или газа с одного места на другое), теплопроводностью (передачей энергии путем соударений молекул при тепловом хаотическом движении) и лучеиспусканием (передачей теплоты спомощью испускания и поглощения электромагнитных волн в основном ввиде инфракрасного излучения). В этой работе рассматривается передачатепла путем теплопроводности.При теплопроводности количество теплоты dQ, которое передается отодного слоя к другому, пропорционально отношению разности dT температур этих слоев к расстоянию между ними dx, площади S соприкосновения слоев и времени dt прохождения теплоты, т.е.dQ = -æЗдесь величинаdTSdt .dx(1)dTназывается градиентом температуры (grad T),dxæ - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств вещества,температуры и давления (для газов), а знак минус показывает, что теплораспространяется в сторону уменьшения температуры.

Выражение (1)представляет собой эмпирическое уравнение теплопроводности и называется законом Фурье, а коэффициент æ называется коэффициентомтеплопроводности.В данной работе коэффициент теплопроводности æ определяется следующим образом. По оси цилиндрической трубки длиной L, внутри которой находится исследуемый газ, натянута металлическая нить.

Если нитьнагреть электрическим током до температуры TН, а температуру TТР трубкиподдерживать постоянной, то в направлении радиуса трубки возникнетdTградиент температуры. Через любую коаксиальную с нитью цилиндdrрическую поверхность радиуса r и площадью 2rL будет идти поток теплаФ=dQdT -ædtdr· 2rL .(2)44Здесь потоком тепла мы назвали отношение количества тепла dQ, прошедшего через поверхность в течение некоторого промежутка времени dt,к величине этого промежутка времени. Если процесс стационарен (температуры TН и TТР постоянны), то величина потока Ф с течением времени неизменяется. Будем считать, что все тепло, выделяемое идущим по нити током, распространяется в виде потока от нити к стенкам, иначе говоря, поток тепла Ф = W, где W - тепловая мощность тока, определяемая закономДжоуля-Ленца.Путем несложных преобразований из выражения (2) можно получить:Wdr - 2 æ L·dTr(3)Пользуясь правилами дифференцирования, найдемd(W ln r) = d(- 2 æ LT).(4)Возьмем интеграл от обеих частей этого равенства, учитывая, что в левойчасти радиус изменяется в пределах от rН - радиуса нити до rТР - внутреннего радиуса трубки, а в правой части температура изменяется в пределахот TН - температуры нити до TТР - температуры трубки:rТРTТР d (W ln r )   d (2  æ LT ) .rН(5)TНВ результате получитсяW lnrТР 2 æL (TН - TТР) .rН(6)Заменив радиусы нити и трубки соответствующими диаметрами DН и DТР,найдем отсюда коэффициент теплопроводностиDТРDНæ=.2L ( TН  TТР )W ln(7)В корпус трубки ввернут датчик, показывающий ее температуру TТР.Температуру нити TН определяют по изменению ее электрического сопротивления при нагревании.

В области применяемых температур сопротивление R металлической нити возрастает с увеличением температуры T полинейному законуR = R0 (1+T) ,(8)где R0 - сопротивление нити при температуре 0ºС и  - температурный коэффициент сопротивления.55Пусть при начальной температуре TН 0 (температуре корпуса трубкидо нагревания) сопротивление нити равно R Н 0 , а при температуре нити TН(при которой проводятся измерения теплопроводности) оно равно RН. Тогда при помощи выражения (8) можно найти формулу для вычисления TН :TН  TН 0 ( RН  RН 0 )(1  TН 0 ).RН 0(9)ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИРабота выполняется на универсальном лабораторном комплексеЛКТ-2, который позволяет производить измерения различных процессовв газах.

Общий вид установки представлен на рис.1. При выполнении работы используются экспериментальный модуль, измерительнаясистема ИСТ-2М и соединительные провода.В корпусе экспериментального модуля на передней панели расположен ци-линдрическийканал(трубка), внутри которойнатянутаметаллическаянить из сплава на основеникеля. Канал закрыт пробками. Нить подключена кгнездам «UН» на панели модуля. Последовательно снитью соединен эталонныйрезистор RЭТ, находящийсявнутри корпуса и подключенный к гнездам «UЭТ».Схема соединений нити показана на рис.1. В корпусемодуля находится датчиктемпературы трубки (гнездо «ДАТ»).К установке прилагается мультиметр (рис.2) - прибор для измерения в широких пределах ряда электрических величин (силы и напряженияпостоянного и переменного тока, сопротивления резисторов, проверки качества диодов и транзисторов). Переключатель рода работ мультиметра66(конец стрелки, помеченный точкой) при любых переключениях проводов, идущих к мультиметру, должен стоять в положении «OFF».Данные установки :- диаметр нити -DН = 0,10 мм ,- внутренний диаметр трубки -DТР = 12 мм ,- длина нити -L = 240 мм ,- эталонное сопротивление -RЭТ = 10,0 Ом ,- температурный коэффициентсопротивления нити - = 5, 6  10-3 град-1.Блок ИСТ-2М (рис.1 и 3).В этом блоке используются следующие элементы управления и индикации, расположенные на передней панели блока:- тумблеры «СЕТЬ» ,- индикатор, находящийся в левом верхнем углу панели,- кнопка «Т1» включения отсчета температуры нити поиндикатору,- гнезда «ОБЩ» и «НАГР» для подключения питания нити,- гнездо «Д» для подключения датчика температуры трубки,- регулятор температуры нити «НАГРЕВ»,- тумблер «Нагр» включения нагрева нити.СБОРКА СХЕМЫ1.

Убедиться, что установка отключенаот сети, выключатели на передней панелиизмерительной системы ИСТ-2М выключены и ручки«ТЕМПЕРАТУРА», «НАГРЕВ» и «АМЛИТУДА» повернуты против часовой стрелки доупора.2. Включить источник питания в схемусоединений нити. Для этого к гнездам «ПИТ»экспериментального модуля подсоединитьпроводами источник питания измерительной системы: гнезда «НАГР» и «ОБЩ» на еепередней панели.773. Гнездо «ДАТ» датчика температуры корпуса трубки соединить кабелем с гнездом «Д1» измерительной системы.4. Вставить штекеры измерительных проводов в гнезда на панелимультиметра: черный в гнездо  и красный в гнездо (рис.2).5.

После проверки правильности сборки схемы преподавателемили лаборантом включить вилку установки в розетку на 220 В, а затем выключатель «СЕТЬ» на передней панели измерительной системы.ИЗМЕРЕНИЯИзмерение температуры трубки TТР и сопротивления нити RН0 при комнатной температуре1. Приготовить таблицу для записи результатов измерений и полученных при расчете значений:результаты измерений, полученных в пунктах 2, 4 и 5, записываются впервой строке таблицы.2.Нажать кнопку «Т1» на панели ИСТ-М2.

Записать значение комнатной температуры трубки (в градусах Цельсия) с цифрового индикатораИСТ-М2 в 1-ю строку 7-го столбца таблицы .3. Включить тумблер «ВКЛ/НАГР» ИСТ-М2, поставив его в положение «ВКЛ».4.Перевести переключатель мультиметра в положение «OFF».88Таблица1UЭТ,мВ2UН,мВ345678IЭТ,мАRН,ОмW, ВтTН,ºСTТР,ºСæ, Вт/(м·К)─────Присоединить мультиметр к гнездам «UЭТ» экспериментального модуля (полярность подключения мультиметра соблюдать не требуется). Перевестипереключатель мультиметра в диапазон измерения постоянногонапряжения V= и установить его в положение «2000 mV» (до двух тысячмилливольт).

Показываемое мультиметром напряжение на сопротивленииR0 записать в 1-й столбец таблицы. Поставить мультиметр в положение«OFF».5. Присоединить мультиметр к гнездам «UН» экспериментального модуля. Установить его переключатель в то же положение, что и в пункте 4.Показываемое мультиметром напряжение на нити записать во 2-й столбецтаблицы.Измерение величин, необходимых для вычисления коэффициента теплопроводности воздуха6. Накал нити производится токами, при которых напряжение UЭТ наэталонном сопротивлении RЭТ лежит в интервале 1500  3600 мВ. Шаг изменения напряжения UЭТ составляет (300  50) мВ. Таким образом, напряжения, при которых производятся измерения, приблизительно равны 1500,1800, 2100, 2400, 2700, 3000, 3300 и 3600 мВ.Результаты измерений, произведенных согласно следующим пунктам,записываются в строки таблицы, начиная со второй.7.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы