18virt_otchet
.docxМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский горный университет»
Кафедра общей и технической физики
ОТЧЕТ
Лабораторная работа №18 (лаборатория виртуальных экспериментов)
По дисциплине: Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
Автор: студент гр. СПС-18 ___________ Ломаева Т.Ю.
(подпись) (Ф.И.О)
Проверила: доцент ___________ Ломакина Е.С.
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.
Краткие теоретические сведения:
1) Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.
2) Основные определения:
Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.
Температура - физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Теплопроводность - способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела.
Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
3) Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):
Поток тепла Q, протекающего через однородную перегородку толщиной и площадью при разности температур , определяется формулой
где ꭓ - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды.
Схема экспериментальной установки:
1 – нагреватель
2,3 – пластины
4 – холодильник
5 – стенки
6 – блок питания
7 – термостат (пульт)
8,9, 10 – термопары
11,12,13 – табло термопар
Основные расчетные формулы:
Коэффициент теплопроводности исследуемого материала:
, где
- толщина перегородки эталонного материала
- толщина перегородки исследуемого материала
- коэффициент теплопроводности эталонного материала
- перепад температур на исследуемой пластине
- перепад температур на эталонной пластине
Перепады температур:
Формулы погрешностей косвенных измерений:
Δχ2 =
Таблица измерений
Физическая величина |
U |
|
|
|
|
|
|
|
Единицы измерения |
В |
ºС |
ºС |
ºС |
ºС |
ºС |
|
|
1 |
25 |
20,04 |
20,01 |
20,00 |
0,03 |
0,01 |
203,57 |
144,17 |
2 |
50 |
20,16 |
20,05 |
20,00 |
0,11 |
0,05 |
149,28 |
|
3 |
75 |
20,36 |
20,12 |
20,00 |
0,24 |
0,12 |
135,71 |
|
4 |
100 |
20,64 |
20,22 |
20,00 |
0,42 |
0,22 |
129,54 |
|
5 |
125 |
21,00 |
20,34 |
20,00 |
0,66 |
0,34 |
131,72 |
|
6 |
150 |
21,44 |
20,48 |
20,00 |
0,96 |
0,48 |
135,71 |
|
7 |
175 |
21,96 |
20,66 |
20,00 |
1,30 |
0,66 |
133,65 |
|
8 |
200 |
22,56 |
20,86 |
20,00 |
1,70 |
0,86 |
134,14 |
Пример вычислений (по строке №1):
Исходные данные:
Эталонная пластина – железо
Исследуемая пластина – алюминий
d1 эталонной пластины = 5 мм = 0,005 м
d2 исследуемой пластины =7 мм =0,007 м
χ1 эталонного материала = 95 Вт/(м*К)
Погрешность прямых измерений:
∆Т=0,01°С
∆U=1В
Пример вычислений:
ΔТ1 = 20,04 - 20,01 = 0,03 К
ΔТ2 = 20,01 - 20,00 = 0,01 К
χ 2= = 203,57 Вт/(м*К)
χ 2ср= (203,57+149,28+135,71+129,54+131,72+135,71+133,65+134,14) / 8 = 144,17 Вт/(м*К)
Окончательный результат
χ 2=144,17+2,29Вт/м*К
Вывод
В ходе лабораторной работы был определен коэффициент теплопроводности твердого тела (пластины из свинца) методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латунь). Получен коэффициент равный 144,17+2,29 Вт/м*К, табличное значение равно 203,5 Вт/м*К. Полученное значение отличается от исходного на 41,1%.