Физика молекулярная. Методические указания к лабораторным работам для студентов инженерных специальностей

• Название: Методические указания к лабораторным работам для студентов инженерных специальностей
• Анкор: Физика молекулярная
• Дата: 11.01.2021
• Размер: 0.62 Mb.
• Имя файла: 2_5228780399756315159 (1).docx
• Тип: Методические указания; #167132
• страница: 1 из 12

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ, СТРОИТЕЛЬСТВА, ТРАНСПОРТА И АРХИТЕКТУРЫ ИМ. Н. ИСАНОВА

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам для студентов

инженерных специальностей

Бишкек 2017

УДК 536.7
Молекулярная физика: Методические указания к лабораторным работам для студентов инженерных специальностей /Кырг. гос. ун-т строит-ва, трансп. и архит.; Сост.: А.И. Исманбаев, М.З. Байтемиров, К.Н.Бердибекова - Бишкек, 2017. – 42 с.

Табл. 7. Илл. 14. Библиогр.: 4 назв.

Методические указания представляют собой переиздание методических указаний, выпущенных в 2007 г., переработанное и дополненное новой лабораторной работой.

Рецензент канд. физ.-мат., наук, доц. М.А. Садыков.

© Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры, 2017

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛА

Цель работы- изучить явления теплопроводности с помощью калориметрических измерений; научиться обрабатывать результаты по расчетным формулам и находить коэффициент теплопроводности для выбранного образца металла.

Оборудование: калориметрические сосуды, термометр, испытываемый стержень.

Теоретическое введение

Если тело нагрето неравномерно, то происходит перенос количества тепла от более нагретых участков к менее нагретым. В случае, когда передача теплоты не сопровождается переносом вещества, такой процесс носит название теплопроводности. Молекулярно-кинетическая теория вещества объясняет этот процесс следующим образом. Так как температура - это мера кинетической энергии молекул, то различие температур двух участков тела свидетельствует о том, что кинетическая энергия молекул на этих участках различна. Поэтому молекулы двух соприкасающихся слоев, сталкиваясь, передают свою кинетическую энергию из слоя в слой.

Если процесс стационарный и температура меняется от слоя к слою равномерно, то количество теплоты dQ, передаваемое через слой вещества толщиной dxза время dt(рис. 1), выражается зависимостью:

, (1)

где k - коэффициент теплопроводности, - разность температур между сечениями стержня и ; - площадь поперечного сечения стержня.



Рис. 1. Сечение теплопроводящего прямоугольного тела

Выражение (1) называется уравнением Фурье. Знак «минус» показывает, что теплота передается от нагретого конца к охлаждаемому, т.е. в сторону убывания температуры.

Величина представляет собой изменение температуры на единицу длины по нормали к направлению движения тепла и называется градиентом температуры. Если задать , то , т.е.коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, проходящему через единицу поверхности за единицу времени при градиенте температуры, равном единице. Строго говоря, коэффициент теплопроводности зависит от температуры, но для небольших определенных интервалов температур его можно считать постоянным.

Описание метода измерений и установки

В настоящей работе определение коэффициента теплопроводности осуществляется калориметрическим методом. Передача тепла происходит посредством металлического стержня (рис. 2), концы которого помещены в калориметры с водой, взятой при температурах



Рис.2. Схема проведения опыта
Формула (1) для нашего случая перепишется так:

(2)

где l- длина стержня; S- площадь его поперечного сечения; t–время наблюдения перехода тепла. Тогда коэффициент теплопроводности можно записать в виде

(3)

Из формулы (3) видно, что для измерения коэффициента теплопроводности необходимо на опыте определить количество переданного тепла Qи время t, в течение которого эта передача происходила.

Остальные величины, входящие в формулу (3), либо заданы, либо не­посредственно могут быть измерены.

Количество тепла Qможно легко определить, воспользовавшись ка­лориметрической формулой:

(4)

Где m- масса воды в сосуде В; с- удельная теплоемкость воды; - масса сосуда В; - удельная теплоемкость сосуда В; - изменение температуры воды в сосуде при поступлении в него через стержень количества тепла Q. Так как температура в процессе наблюдения изменяется от до , то в формуле (3), характеризующей перенос тепла при стационарном состоянии, мы представим среднее значение в виде:



Время tизмеряется секундомером. В предлагаемой работе заданными являются 1 (в мм); S- (в мм); написаны на приборе.

Экспериментальная установка (рис. 2) состоит из двух калориметрических сосудов А и В, соединенных друг с другом испытываемым стержнем С, закрытым с наружной стороны асбестом. Сосуд В имеет внизу кран Д, через который можно производить слив воды. В большом сосуде А вода находится при температуре кипения , во втором сосуде В - при температуре , близкой к комнатной (т.е. температуре нормальных условий). Для уменьшения теплового излучения в окружающее пространство сосуд В с наружной стороны покрыт теплоизолирующим материалом.