Отчет по лабораторной работе 18 (лаборатория виртуальных экспериментов) По дисциплине

Название	Отчет по лабораторной работе 18 (лаборатория виртуальных экспериментов) По дисциплине
Дата	22.10.2022
Размер	153.85 Kb.
Формат файла
Имя файла	otchyot_18_virtualka.docx
Тип	Отчет #748919

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №18

(лаборатория виртуальных экспериментов)

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема работы: Определение коэффициента теплопроводности твердых тел

Выполнил: студент гр. ТЭ-22 Карасева К.В.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил:

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2022

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного образца из известного материала.

Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.

Определения основных физических понятий, процессов, объектов и величин.

Количество теплоты - энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. [Q]=Дж

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.

Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы). Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.

Элементарный поток тепла δQ, переносимый через однородную пластинку, определяется формулой

,

где  - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды,

;

d - толщина пластинки, м;

S – площадь пластинки,

;

- разность температур, К.

Схема экспериментальной установки

1 – нагреватель;

2 – пластина из материала с известным коэффициентом теплопроводности;

3 – пластина из исследуемого материала;

4 – холодильник;

5 – теплоизоляционный кожух;

6 – регулируемый блок питания;

7 – термостат;

8, 9, 10 – термопары для измерения температуры поверхности пластин

11, 12, 13 – табло для считывания температур.

Основные расчетные формулы

Коэффициент теплопроводности исследуемого материала

, где

- толщина перегородки эталонного материала, м;

- толщина перегородки исследуемого материала, м;

- коэффициент теплопроводности эталонного материала,

;

- перепад температур на исследуемой пластине, К;

- перепад температур на эталонной пластине, К.

Перепады температур

δT₂= |T₂- T₃ |

Погрешности косвенных измерений

Таблица 1. Результаты измерений и вычислений

Физическая величина	U
Единицы измерения	В	ºС	ºС	ºС	ºС	ºС
1	25	20,03	20,01	20,00	0,02	0,01	92,47	92,69
2	50	20,05	20,02	20,00	0,03	0,02	91,83
3	75	20,16	20,05	20,00	0,11	0,05	95,69
4	100	20,28	20,09	20,00	0,19	0,09	93,56
5	125	20,43	20,14	20,00	0,29	0,14	97,77
6	150	20,68	20,21	20,00	0,47	0,21	89,5
7	175	21,91	21,28	20,00	0,63	0,28	90,21
8	200	22,2	21,37	20,00	0,83	0,37	90,54

Погрешности прямых измерений

= 0,01

= 1В

∆I=0,1А

Исходные данные

Материал эталонной пластины – алюминий

Материал исследуемой пластины – латунь

= 3мм

= 3мм

χ₁ эталонного материала = 203,5 Вт/(м*К)

Пример вычислений

1.ΔТ₁ = |20,03 - 20,01| = 0,02 К

ΔТ₂ = |20,01 - 20,00| = 0,01 К

χ₂=

= 92,47 Вт/(м*К)

2.ΔТ1 = |20,05 - 20,02| = 0,03 К

ΔТ2 = |20,02 - 20,00| = 0,02 К

χ 2= (0,003*0,02*203,5)/(0,03*0,003) = 91,83 Вт/(м*К)

3.ΔТ1 = |20,16 - 20,05| = 0,05 К

ΔТ2 = |20,05 - 20,00| = 0,05 К

χ 2= (0,003*0,05*203,5)/(0,05*0,003) = 95,69 Вт/(м*К)

4.ΔТ1 = |20,28 - 20,09| = 0,09 К

ΔТ2 = |20,09 - 20,00| = 0,09 К

χ 2= (0,003*0,09*203,5)/(0,09*0,003) = 93,56 Вт/(м*К)

5.ΔТ₁ = |20,43 - 20,14| = 0,15 К

ΔТ₂ = |20,14 - 20,00| = 0,14 К

χ₂=

= 97,77 Вт/(м*К)

6.ΔТ₁ = |20,68 - 20,21| = 0,21 К

ΔТ₂ = |20,21 - 20,00| = 0,21 К

χ₂=

=89,5 Вт/(м*К)

7.ΔТ₁ = |21,91 - 20,28| = 0,29 К

ΔТ₂ = |20,28 - 20,00| = 0,28 К

χ₂=

= 90,21 Вт/(м*К)

8.ΔТ1 = |22,2 - 21,37| = 0,37 К

ΔТ2 = |21,37 - 20,00| = 0,37 К

χ 2= (0,003*0,37*203,5)/(0,37*0,003) = 90,54 Вт/(м*К)

χ 2ср = (92,47+91,83+95,69+93,56+97,77+89,5+90,21+90,54)/8 = 92,69 Вт/(м*К)

Δχ2 = 92,69 Вт/(м*К)*(0,001/0,003+0,02/20,03+0,1/203,5+0,001/0,003+0,01/20,01)=0,62 Вт/(м*К)
Окончательный результат

χ₂= 92,69+0,62

, справочные данные коэффициента теплопроводности латуни = 93 Вт/(м*К)

Сравнительная оценка результата: | χ1- χ2|/ χ1*100%= |93-92,69|/93*100%=0,33%
Вывод: в ходе лабораторной работы мы определили коэффициент теплопроводности твердого тела (латунь) методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (алюминиевая пластина). Погрешность оказалась равной 0,33%, что вызвано округлениями чисел при расчетах.