Кафедра общей и технической физики

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 17

Определение теплопроводности газов методом нагретой нити.

 

 

Выполнила студентка группы НГ-10-1 Еманакова А.А

Дата выполнения 25.03.2011

 

 

Оценка ______________________

 

Проверил: Левин К.Л

 

Санкт-Петербург

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.

 

Краткое теоретическое содержание.

В работе используются: вертикальная трубка с двойными стенками с натянутой внутри проволокой; магазин сопротивлений; эталонное сопротивление 10 Ом и нагрузочное сопротивление; гальванометр; источник питания; термостат.

При отсутствии конвекции процесс переноса тепла замедляется, но не прекращается. Он происходит благодаря теплопроводности газа, связанной с тепловым движением молекул. Выравнивание температуры получается при этом из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. В данной работе исследуется этот случай.

Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:

[1]

Уравнение [1] может служить для определения коэффициента теплопроводности c. При этом нужно знать радиусы нити r, цилиндра r_ц, длину цилиндра L, поток тепла Q и разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра T_r – T_ц.

Нить цилиндра нагревается электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток Q становится равен Джоулевому теплу, выделяемому в нити, которое тепло легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока.

Экспериментальная установка.

 

Проволока 1 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Трубка имеет двойные стенки, между которыми циркулирует вода с заданной температурой. Температура стенок трубки поддерживается термостатом 10, который управляется с пульта 12. Нить нагревается электрическим током, ее температура определяется по изменению электрического сопротивления. Нить 1 включена в схему измерительного моста Уитстона, состоящего из магазина сопротивлений 8, гальванометра 9, нагрузочного 7 и эталонного сопротивлений 6. Параметры моста подобраны таким образом, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений в 10 раз больше сопротивления нити. Вся схема подключена к источнику питания Е, параметры которого задаются с пульта 11.

Технические характеристики установки:

- диаметр проволоки (1) 0,1 мм;

- внутренний диаметр трубки (5) 8 мм;

- длина проволоки (1) 0,5 м;

- материал проволоки вольфрам;

- коэффициент температурного сопротивления

- величина 3,5 Ом;

- величина 35 Ом.

 

 

Основная рабочая формула.

, где:

-коэффициент тепловодности,

r - радиус нити,

R -радиус цилиндра,

L - длина цилиндра ,

Q - поток тепла,

- разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра.

Таблица результатов измерений.

Физ.величина		U	J	R
Ед. измерения Номер опыта	K	B	A	Ом
			0,64	51,5
			0,72	56,3
			0,8	61,4
			0,87	66,7
			0,92	72,1

 

график зависимости .

J^2	R
0,4096	51,5
0,5184	56,3
0,64	61,4
0,7569	66,7
0,8464	72,1

Таблица определения коэффициента теплопроводности.

Физ.вел		U	J	R	Q
Ед.изм. Номер оптыта	K	B	A	Ом	Вт	К	К	Вт/м*К
			0,29	40,6	2,82	8358,21	4315,60
			0,53	47,6	11,05	9899,95	5106,47
			0,71	58,0	24,16	12180,82	6256,91
			0,84	69,0	40,23	14592,13	7472,56

 

Вычисления и результаты.

1.

2.

3.

4.

1.

2.

3.

4.

1. 
2. 
3. 
4. 

График зависимости

Tср
4315,6	0,0004
5106,47	0,00132
6256,91	0,002337
7472,56	0,003239

Погрешность прямых измерений.

Погрешность косвенных измерений.

Вывод: В ходе лабораторной работы был определен коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.