Лаб. раб. №18 (Определение коэффициента теплопроводности твердых тел). Виртуалка 18. Определение коэффициента теплопроводности твердых тел

• Название: Определение коэффициента теплопроводности твердых тел
• Анкор: Лаб. раб. №18 (Определение коэффициента теплопроводности твердых тел
• Дата: 12.01.2023
• Размер: 430.22 Kb.
• Имя файла: Виртуалка 18.docx
• Тип: Отчет; #883874

Ф
едеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра общей и технической физики
ОТЧЕТ

по лабораторной работе №18

По дисциплине ФИЗИКА

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Определение коэффициента теплопроводности твердых тел


Выполнил: студент группы ___________ аапапаппапапап.

(подпись) (Ф.И.О.)

Дата:
Проверил: _____________

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург

2022

1. 
   Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердого тела методом сравнения с теплопроводностью эталонного образца из известного материала.
   
2. 
   Краткое теоретическое содержание:
   
   1. 
      Свойство, изучаемое в работе: теплопроводность.
      
   2. 
      Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
      

• 
  Теплопроводность – процесс переноса тепла из одних мест среды в другие, возникающие в следствие нарушения теплового равновесия.
  
• 
  Поток - это количество физической величины, переносимое в единицу времени через воображаемую поверхность, перпендикулярно направлению переноса.
  
• 
  Плотность потока – количество физической величины, переносимое в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению переноса.
  
• 
  Теплопроводность – процесс переноса тепла из одних мест среды в другие, возникающие в следствие нарушения теплового равновесия.
  
• 
  Коэффициент теплопроводности – физическая величина, характеризующая и численно равная плотности потока энергии при градиенте температуры равном единице.
  
• 
  Градиент температуры – это физическая величина, которая описывает, в каком направлении и с какой скоростью температура меняется наиболее быстро в определенном месте.
  
• 
  Количество теплоты – это энергия, которую система получает или теряет во время теплообмена.
  
• 
  Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена между телами.
  

3. 
   Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы).
   

Закон теплопроводности Фурье – в установившемся режиме поток энергии, передающийся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

q= −

где:

q - плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х, [q]-Вт/ ,

ꭓ – теплопроводность, [ ]-Вт/м К,

– градиент температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке, [ ]-К/м.

Знак минус показывает, что энергия переносится в направлении убывания температуры.

Градиент температуры внутри пластины направлен перпендикулярно к ее свободным поверхностям, поскольку они являются поверхностями постоянной температуры. В том же направлении происходит перенос тепла.



где:

Q - поток тепла, переносимый через плоскую поверхность, [Q]-Дж,

S – площадь плоской поверхности, [S]- .

3. 
   Схема установки.
   

1 – Нагреватель;

2,3 – Пластины (Известная и неизвестная);

4 – Холодильник;

5 – Теплоизоляционный кожух;

6 – Блок питания;

7 – Термостат;

8,9,10 – Термопары;

11,12,13 – Табло.

4. 
   Основные расчетные формулы.
   

• 
  Поток тепла:
  

где:

ꭓ – теплопроводность, [ ]-Вт/м К,

S – площадь плоской поверхности, [S]- ,

– градиент температуры, [ ]-K/м.

• 
  Коэффициент теплопроводности исследуемого материала:
  

где:

- коэффициент теплопроводности первой пластины [ ]-Вт/м К,

- коэффициент теплопроводности второй пластины [ ]-Вт/м К,

- перепад температуры от 1 к 2 [ ]-K,

- перепад температуры от 2 к 1 [ ]-K,

- толщина 1 пластины [ ]-м,

- толщина 2 пластины [ ]-м.

• 
  Нахождение перепада температур:
  

и

где:

- температура 1 пластины [ ]- ,

- температура 2 пластины [ ]- ,

- температура 3 пластины [ ]- .

• 
  Среднее значение коэффициента теплопроводности исследуемого материала:
  

где:

 - среднее значение ,

n- количество измерений.

5. 
   Формула погрешности косвенных измерений.
   

Относительная погрешность коэффициента теплопроводности:

5. 
   
   

Результаты измерений и вычислений Т аблица 1

5. 
   Примеры вычислений.
   
   1. 
      Исходные данные:
      

Исходный материал – железо

Толщина исходной пластины – 10 мм

Толщина исследуемой пластины – 6 мм

2. 
   Погрешности прямых измерений:
   

= 0,01

3. 
   Вычисления:
   

К

К

Вт/м*К

Вт/м*К

Вт/м*К

5. 
   Вывод.
   

В результате выполнения работы был определен коэффициент теплопроводности меди методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (Железо).