Главная страница
Навигация по странице:


  • федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17

  • Явление, изучаемое в работе

  • Коэффициент теплопроводности

  • Плотностью потока физической величины

  • Конвекция

  • Количество теплоты

  • 1. Поток тепла, переносимый воздухом с проволоки, Вт

  • 3. Среднеарифметическая температура, К

    		•

    виртуалка- 17 лаба — копия. Определение коэффициента теплопроводности газа методом нагретой нити


    Скачать 114.08 Kb.
    НазваниеОпределение коэффициента теплопроводности газа методом нагретой нити
    Дата16.04.2023
    Размер114.08 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлавиртуалка- 17 лаба — копия.docx
    ТипЛабораторная работа
    #1065646


    ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

    САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

    Кафедра общей и технической физики

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17

    По дисциплине Физика

    (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

    Тема работы: Определение коэффициента теплопроводности газа методом нагретой нити

    Выполнил: студент гр. БТБ-22 Павленко А.А.

    (группа) (подпись) (Ф.И.О.)

    Оценка:

    Дата:

    Проверил

    Руководитель работы:

    (должность) (подпись) (Ф.И.О.)

    Санкт-Петербург 2023

    Цель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха методом нагретой нити при атмосферном давлении и различных температурах поверхности вертикальной цилиндрической трубки.

    Явление, изучаемое в работе: теплопроводность воздуха.

    Определения основных понятий, процессов и величин:

    Теплопроводность – способность материальных тел проводить тепловую энергию от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела.

    Коэффициент теплопроводности – физическая величина, характеризующая и численно равная плотности потока энергии при градиенте температуры равном единице.

    Поток любой физической величины - это её количество, переносимое в единицу времени через воображаемую поверхность, перпендикулярно направлению переноса. Поток скалярная физическая величина.

    Плотностью потока физической величины называется ее количество, переносимое в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно направлению переноса.

    Конвекция – вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоком.

    Явление переноса - Нарушение равновесия приводит к переносу из одних мест среды в другие вещества (диффузия), импульса (вязкость), энергии или тепла (теплопроводность).

    Градиент температуры — величина, равная скорости изменения температуры на единицу длины. Направление градиента совпадает с направлением, вдоль которого температура растёт быстрее всего, т. е. с направлением, перпендикулярным к изотермам (линиям равной температуры).

    Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

    Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы:

    Закон Джоуля – Ленца — закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.

    Количество тепла, выделяющееся в электрическом проводнике (в нити) при прохождении по нему тока определяется по формуле:

    , где

    Q – количество тепла, выделяемого в проводнике, Дж; I – сила тока в проводнике, А; R – сопротивление проводника, Ом; U – напряжение, приложенное к проводнику, В; t – время прохождения тока в проводнике, с.

    Закон Фурье:

    В установившемся режиме поток энергии, передающийся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

    , где

    – плотность теплового потока,Вт/м2, λ – коэффициент теплопроводности среды, Вт/м*К, – градиент температуры, К/м.

    Схема установки:




    1.Нить (проволока)

    2.Трубка, внутри которой натянута нить

    3,4. Упоры

    5. Трубка, в которой циркулирует вода с заданной температурой

    6. Мост Уинстона: эталонное сопротивление

    7. Мост Уинстона: нагрузочное сопротивление

    8. Магазин сопротивлений

    9. Гальванометр

    10. Термостат

    11. Пульт управления источником питания E

    12. Пульт управления термостатом

    Основные расчетные формулы:


    1. Поток тепла, переносимый воздухом с проволоки, Вт

    , где R – удельное сопротивление проволоки, Ом; I – сила тока в проводнике, А.

    2. Температура газа поверхности проволоки, К

    , Токр – температура окружающей среды, К; R – сопротивление проволоки, Ом; R0 – эталонное сопротивление проволоки, Ом; a – коэффициент температурного сопротивления, К-1

    3. Среднеарифметическая температура, К

    , где TR – температура поверхности цилиндра, К

    4. Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К

    , где rr – радиус нити, м; rR – радиус цилиндра, м; l – длина проволоки, м

    Формулы для расчета погрешностей косвенных измерений:








    где ∆I – абсолютная погрешность силы тока, текущей в проволоке, А; – среднее значение силы тока, текущей в проволоке, А; ∆R – абсолютная погрешность измерения удельного сопротивления проволоки, Ом; – среднее значение удельного сопротивления проволоки, Ом.

    Таблицы с результатом измерений и вычислений:


    Таблица 1
    TR, K
    U, B
    I, A
    R, Ом

    1


    298
    1
    0,15
    3,88

    2
    2
    0,29
    4,06

    3
    3
    0,42
    4,35

    4
    4
    0,54
    4,72

    5
    5
    0,64
    5,15


    График зависимости :




    Продлив линию тренда до значения I2=0 А, находим сопротивление проволоки при комнатной температуре R0=3,8 Ом

    Таблица 2


     
    TR, K
    U, B
    I, A
    R, ОМ
    Q, Вт
    Tr, K
    Tср, K
    χ, Вт/м*К

    1

     

     

     

     

     

     
    293
    1
    0,15
    3,88
    0,07
    302,58
    434,29
    0,0105

    3
    0,42
    4,35
    0,63
    329,46
    447,73
    0,0243

    5
    0,64
    5,15
    1,74
    375,23
    470,62
    0,0296

    7
    0,8
    6,14
    3,25
    431,87
    498,93
    0,0326

    9
    0,92
    7,21
    5,04
    493,08
    529,54
    0,0352

    11
    1,03
    8,3
    7,28
    555,44
    560,72
    0,0387

    13
    1,11
    9,38
    9,55
    617,22
    591,61
    0,0411

    2

     

     

     

     

     

     
    313
    1
    0,15
    3,95
    0,07
    306,58
    446,29
    -0,0160

    3
    0,41
    4,64
    0,64
    346,05
    466,03
    0,0272

    5
    0,62
    5,41
    1,72
    390,11
    488,05
    0,0311

    7
    0,78
    6,36
    3,20
    444,45
    515,23
    0,0339

    9
    0,91
    7,39
    5,06
    503,38
    544,69
    0,0371

    11
    1,01
    8,46
    7,13
    564,59
    575,30
    0,0396

    13
    1,1
    9,52
    9,52
    625,23
    605,62
    0,0426

    3

     

     

     

     

     

     
    333
    1
    0,14
    4,52
    0,07
    339,19
    472,59
    0,0165

    3
    0,39
    4,93
    0,62
    362,65
    484,32
    0,0292

    5
    0,6
    5,66
    1,68
    404,41
    505,20
    0,0329

    7
    0,76
    6,58
    3,14
    457,04
    531,52
    0,0353

    9
    0,89
    7,58
    4,96
    514,25
    560,12
    0,0382

    11
    1
    8,62
    7,12
    573,74
    589,87
    0,0413

    13
    1,09
    9,67
    9,49
    633,81
    619,91
    0,0440

    4

     

     

     

     

     

     
    353
    1
    0,13
    4,84
    0,07
    357,50
    491,75
    0,0210

    3
    0,38
    5,23
    0,62
    379,81
    502,90
    0,0325

    5
    0,58
    5,92
    1,65
    419,28
    522,64
    0,0347

    7
    0,75
    6,8
    3,16
    469,62
    547,81
    0,0378

    9
    0,88
    7,78
    4,98
    525,69
    575,84
    0,0402

    11
    0,98
    8,8
    6,98
    584,04
    605,02
    0,0422

    13
    1,07
    9,82
    9,29
    642,39
    634,20
    0,0448

    Пример решения:









    Результаты:


    Вт

    К

    К

    Вт/м*К

    График зависимости :



    Анализ полученного результата:

    Среднее значение коэффициента теплопроводности:

    при TR=293 K:




    справочное значение: χ=0,026

    погрешность: 13%

    погрешность косвенных измерений:



    3%

    при TR=313 K:




    справочное значение: χ=0,028

    погрешность: 3%

    погрешность косвенных измерений:



    3%

    при TR=333 K:




    справочное значение: χ=0,029

    погрешность: 14%

    погрешность косвенных измерений:



    3%

    при TR=353 K:




    справочное значение: χ=0,031

    погрешность: 14%

    погрешность косвенных измерений:



    3%

    Вывод:


    В ходе лабораторной работы был вычислен коэффициент теплопроводности газа (воздуха). Для этого были вычислены поток тепла, переносимый воздухом с проволоки, и температура газа поверхности проволоки. Так же были построены графики с зависимостями и с аппроксимирующими линиями тренда. Были найдены погрешности относительно справочных материалов (она составила 12%) и косвенных измерений (3%). Итоговый результат составил χ=(0,032±0,001) Вт/м*К. учитывая довольно небольшие погрешности, можно сделать вывод, что в ходе лабораторной работы было получено достаточно точное значение.

    написать администратору сайта