Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
Лабораторная работа
Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
1. Краткое теоретическое обоснование
Цель работы: определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Теплопроводность - процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому телу или от более нагретой части одного тела к другой части при их непосредственном контакте.
Поток тепла - количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность.
В основе выравнивание температур газов лежит понятие конвекция, т.е. при обычных условиях легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. В данном эксперименте конвекция не возникает, т.к. воздух нагревается по всей высоте движения воздуха. И поэтому выравнивание температуры происходит за счет теплопроводности воздуха, 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 эксперименте для исследования этого явления нить цилиндра нагревают электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток Q становится равен (Дж) теплу, выделяемому в нити, которое легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока.
Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:
c - коэффициент теплопроводности газа
Q - поток тепла [Вт]
L - длина цилиндра [м]= 0,5 м
Tr - температура газа у поверхности проволоки [К]
TR - температура нагревателя [К]
rц - радиус цилиндра [м] = 4*10-3м
r - радиус проволоки [м]= 0.05*10-3м
. Основные расчетные формулы
Температура поверхности проволоки
- коэффициент температурного сопротивления
R0 - сопротивление проволоки при Tокр [Ом]
Поток тепла, переносимый воздухом с проволоки
R - сопротивление нити [Ом]
I - сила тока [А]
Среднеарифметическая температура
Погрешность косвенных измерений:
или
. Экспериментальная установка
Проволока 5 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Температура стенок трубки поддерживается термостатом 8. схема измерительного моста Уитстона (6), состоящего из магазина сопротивлений в), гальванометра г), нагрузочного б) и эталонного сопротивлений а). Вся схема подключена к источнику питания Е, параметры которого задаются с пульта 7.
Таблицу №1 Зависимость сопротивления нити R от силы тока в цепи I при Токр
Физ. величинаTRUIR Ед. измерений Номер опытаКВАОм129310,1538,8229320,2940,6329330,4243,5429340,5447,2529350,6451,5
Из графика следует, R0 = 37,8 [Ом]
Таблица№2 Зависимость сопротивления нити R от силы тока в цепи I при разных ТR
. Вычисления
Из таблицы №2, опыт №3:
Средняя квадратичная погрешность прямых измерений:
Вывод
теплопроводность воздух нить
В проведенной лабораторной работе был определен коэффициент теплопроводности воздуха и оценена зависимость теплопроводности воздуха от температуры нагрева и напряжения тока, заданного в цепи. Относительная погрешность составила 19%. Это связано с тем, что при постепенном увеличении ТR и напряжение в цепи, происходит увеличение коэффициента теплопроводности воздуха.
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Практическое задание
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ