223 (810493), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Из-мерение зависимости (8) по данным для → 0 позволит затем определять температуру нити по значению её сопротивления при произвольной мощностинагрева.6В работе предлагается провести измерения нагрузочных кривых () принескольких различных температурах термостата 0 . По пересечениям нагрузочных кривых с осью ординат получить температурную зависимость сопротивления нити от её температуры. По наклонам нагрузочных кривых, пользуясь формулой (5), определить значения коэффициента теплопроводности .Если точность измерения позволит, исследовать зависимость коэффициентатеплопроводности от температуры термостата (0 ).ЗАДАНИЕПодготовка к эксперименту1.
Проведите предварительные расчёты параметров опыта. Приняв максимально допустимый перегрев нити относительно термостата равнымΔmax = 10 ℃ , оцените максимальную мощность нагрева max [мВт], которую следует подавать на нить. Для оценки коэффициент теплопроводностивоздуха примите равным ∼ 25 мВт/(м⋅К).Зная приближенное значение сопротивления нити (см. техническое описание установки), определите соответствующие значения максимального токаmax и максимального напряжения max в нити. При дальнейших измеренияхстарайтесь не превышать эти значение. Это необходимо, чтобы избежать ненужного перегрева нити (остывание системы может происходить существенно дольше, чем нагрев). Существенное превышение максимальной мощности нагрева может привести к перегоранию нити и выводу из строя установки!Внимание!Во избежание перегорания нити запрещается увеличивать напряжение наисточнике питания выше указанного на установке!2.
Подготовьте экспериментальную установку к работе:• проверьте, что измерительная цепь соответствует схеме рис. 3 (а или б);• на магазине сопротивлений (или на реостате) установите максимальноесопротивление м (чтобы ток в цепи при её замыкании был минимален);• включите вольтметр и амперметр (при наличии) и при необходимостинастройте режимы их работы (по техническому описанию к установке);• включите источник питания; проверьте, что он работает в режиме источника напряжения, и что напряжение на нём не превышает максимально допустимое (указано на установке);7•включите термостат и убедитесь, что вода в нём находится при комнатной температуре (измеренной по комнатному термометру, расположенному по возможности ближе к экспериментальной установке); принеобходимости нагрейте/охладите термостат.Проведение измерений3.
При комнатной температуре термостата измерьте зависимость сопротивления нити = / от подаваемой на неё мощности = — нагрузочнуюкривую ().Измерения проведите для 7–9 значений тока через нить от 0 до max . Рекомендуется подбирать такие токи, чтобы мощность нагрева = 2 возрастала равномерно в диапазоне от 0 до max . Ток следует наращивать монотонно, постепенно уменьшая сопротивление магазина сопротивлений (илиреостата) м .
Перед фиксацией показаний дождитесь установления теплового равновесия: показания мультиметров должны быть стационарны (флуктуировать вблизи постоянного значения). При измерениях рекомендуется нетолько записывать показания мультиметров (напряжение и ток ), но и сразувычислять и , чтобы контролировать мощность нагрева и температуру проволоки.В процессе измерений контролируйте постоянство температуры термостата. Если за время измерений температура термостата изменилась более,чем на 0,1 ℃, опыт рекомендуется переделать.По окончании измерения нагрузочной кривой установите минимальныйток через нить, переведя значение магазина сопротивления на 10 кОм (илиболее). В дальнейшем возвращайте магазин сопротивлений в это положениепосле каждого измерения нагрузочной кривой.4. Проведите измерения нагрузочных кривых согласно п. 3 для 5–7 температур термостата в диапазоне от комнатной до 70 ℃.
Приступать к измерениямпри новой температуре следует лишь после установления стационарного состояния. Контролировать стационарность температуры газа можно по напряжению на нити, если пропускать через неё минимальный ток, не приводящий к сколь-нибудь значимому перегреву (например, ∼ 0,05max ).5. После завершения измерений выключите блок питания и цифровые мультиметры. На магазине сопротивлений (реостате) м установите максимальноесопротивление. Для охлаждения термостата установите целевую температурутермостата 20 ℃ и откройте кран с холодной водой (питание термостата невыключать).8Обработка результатов измерений6.
Для каждой температуры термостата постройте график зависимости сопротивления нити от мощности (). Убедитесь в линейности полученныхзависимостей. Проведите наилучшие прямые и определите точки их пересечения с осью ординат 0 (при = 0 температура нити совпадает с температуройтермостата) и угловые коэффициенты наклонанайденных значений.. Оцените погрешности7. Пользуясь значениями 0 из п. 6 постройте график зависимости сопротивления нити от её температуры (). Убедитесь в линейности полученной зависимости. Постройте наилучшую прямую и определите её угловой коэффициент. Оцените его погрешность.Рекомендуется также определить температурный коэффициент сопротивления материала нити =сравнить его с табличным.1273 (здесь 273 — сопротивление при 0 ℃) и8.
Используя угловой коэффициент температурной зависимости сопротивленияиз п. 7. и угловые коэффициенты нагрузочных прямыхиз п. 6, вы-числите наклон зависимости выделяющейся на нити мощности от её перегрева Δ относительно стенок: =/.(Δ) Отсюда, с учётом формулы (5), найдите коэффициенты теплопроводностигаза для каждой температуры термостата 0 . Оцените погрешностиполученных результатов.9. Постройте график зависимости теплопроводности воздуха от температурыгаза (). Сравните результаты с табличными данными.Предполагая, что степенным образом зависит от абсолютной температуры : ∝ , постройте график в двойном логарифмическом масштабе (вкоординатах ln (ln )) и определите из него показатель степени . Сравнитерезультат с предсказанием теории, считая молекулы твёрдыми шариками.9Контрольные вопросы1.
Сформулируйте закон Фурье и укажите границы его применимости.2. Получите оценку (2) для коэффициента теплопроводности идеального газа. Оцените теоретически значение теплопроводности, приняв газокинетический диаметрмолекул равным ∼ 3,5 Å.3. Что такое сечение столкновения? По экспериментальному значению коэффициентатеплопроводности оцените сечение столкновений и газокинетический диаметр молекул воздуха. Зависит ли сечение столкновений от температуры газа?4. Как теплопроводность газа зависит от его температуры и давления? Дайте качественное объяснение этим зависимостям.5. По измеренному значению коэффициента теплопроводности оцените коэффициентвязкости воздуха. Сравните результат с табличным.6.
По измеренному значению теплопроводности определите температуропроводность воздуха и оцените время установления стационарного состояния в условиях опыта.7. Перечислите приближения, сделанные при выводе основной расчётной формулы(5). Оцените, насколько хорошо эти приближения выполняются.8. Уточните формулу (5), считая теплопроводность степенной функцией температуры = 0 (/0 ) .9. Оцените максимальный относительный вклад теплопередачи за счёт излучения вусловиях опыта.10.
Оцените вклад теплоотдачи через торцы системы.11. Что такое нагрузочные кривые и для чего они используются в термометрии?12. Какие преимущества даёт четырёхпроводная схема измерения сопротивления? Какие ещё схемы измерения сопротивления возможны?13.04.201910.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
