ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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
Отчёт
| По дисциплине | | Физика | | ||
| | (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) | ||||
| Тема работы | | «Определение коэффициента теплопроводности газа методом нагретой нити» | | ||
Выполнил: студент гр. ТОА-22 Поженский А.А.
(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)
Оценка:
Дата:
Проверил
руководитель работы:
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2022 год
Цель работы: определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Основные теоретические сведения
Краткое теоретическое содержание:
а) явления, изучаемые в работе: явление конвективного теплообмена, процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах.
б)определения:
Конвекция – вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоком.
Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретого слоя газа к менее нагретому, за счет хаотичного теплового движения молекул.
Поток тепла
- количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность.
Градиент температуры - характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания температуры в зависимости от направления среды (увеличение или уменьшение температуры по направлению среды).
Схема установки:
1 – проволока; 2-трубка; 3,4 – упоры; 5 -внутренний диаметр трубки;
6 – эталонное сопротивление; 7 – нагрузочное сопротивление; 8 – магазин сопротивлений; 9 – гальванометр; 10 – термостат;
11-пульт упр. источником питания Е; 12- пульт управления.
Основные расчётные формулы:
Коэффициент теплопроводности:
L – длина цилиндра;
- радиус цилиндра; Q – поток тепла;
- температура газа у поверхности цилиндра;
- температура газа у поверхности нити;
– коэффициент теплопроводности газа;r – радиус нити.
Поток тепла:
I – сила тока; [I] = А;
R – сопротивление; [R] = Ом;
Температура газа у поверхности нити:
R0 – сопротивление проволоки при комнатной температуре; [R0] = Ом;
α- коэффициент температурного сопротивления;
.Формулы погрешности косвенных измерений:
Табл. 1. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при комнатной температуре.
| Номер опыта | Физ. величина |  |  |  |  | ||||
| Единицы измерения |  |  |  |  | |||||
| 1 | 297 | 1 | 0,15 | 3,90 | |||||
| 2 | 297 | 2 | 0,29 | 4,06 | |||||
| 3 | 297 | 3 | 0,42 | 4,35 | |||||
| 4 | 297 | 4 | 0,54 | 4,72 | |||||
| 5 | 297 | 5 | 0,64 | 5,15 | |||||
График зависимости
Из графика следует, что R0=3,40 Ом.
9. График зависимости c= fTcр
Табл. 2. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при температуре 20°С, 40°С, 60°С, 80°С.
| Физическая величина | | | | |  |  |  |  | Qср |  |
| Ед.измер. № | К | В | А | Ом | Вт | К | К |  | Bт | |
| 1 | 293 | 1 | 0,15 | 3,88 | 0,072 | 323 | 308 | 0,003 | 3,937 | 0,029 |
| 3 | 0,42 | 4,35 | 0,63 | 353 | 323 | 0,014 | ||||
| 5 | 0,64 | 5,15 | 1,74 | 404 | 348,5 | 0,021 | ||||
| 7 | 0,80 | 6,14 | 3,25 | 468 | 380,5 | 0,025 | ||||
| 9 | 0,92 | 7,21 | 5,04 | 536 | 414,5 | 0,028 | ||||
| 11 | 1,03 | 8,30 | 7,28 | 606 | 449,5 | 0,032 | ||||
| 13 | 1,11 | 9,38 | 9,55 | 675 | 484 | 0,034 | ||||
| 15 | | | | | | | | | ||
| 2 | 313 | 1 | 0,15 | 3,98 | 0,074 | 350 | 331,5 | 0,002 | 3,897 | 0,027 |
| 3 | 0,41 | 4,46 | 0,62 | 380 | 346,5 | 0,012 | ||||
| 5 | 0,62 | 5,35 | 1,70 | 437 | 375 | 0,019 | ||||
| 7 | 0,78 | 6,33 | 3,18 | 500 | 406,5 | 0,023 | ||||
| 9 | 0,91 | 7,39 | 5,06 | 568 | 440,5 | 0,027 | ||||
| 11 | 1,01 | 8,46 | 7,13 | 636 | 474,5 | 0,030 | ||||
| 13 | 1,10 | 9,52 | 9,52 | 704 | 508,5 | 0,033 | ||||
| 15 | | | | | | | | | ||
| 3 | 333 | 1 | 0,14 | 4,26 | 0,07 | 387 | 360 | 0,001 | 3,891 | 0,025 |
| 3 | 0,40 | 4,72 | 0,63 | 417 | 375 | 0,010 | ||||
| 5 | 0,61 | 5,50 | 1,69 | 467 | 400 | 0,017 | ||||
| 7 | 0,77 | 6,51 | 3,19 | 531 | 432 | 0,022 | ||||
| 9 | 0,90 | 7,55 | 5,05 | 598 | 465,5 | 0,026 | ||||
| 11 | 1,00 | 8,62 | 7,12 | 666 | 499,5 | 0,029 | ||||
| 13 | 1,09 | 9,67 | 9,49 | 733 | 533 | 0,033 | ||||
| 15 | | | | | | | | | ||
| 4 | 353 | 1 | 0,14 | 4,57 | 0,074 | 427 | 390 | 0,001 | | |
| 3 | 0,39 | 5,02 | 0,63 | 456 | 404,5 | 0,008 | 3,817 | 0,023 | ||
| 5 | 0,59 | 5,82 | 1,67 | 507 | 430 | 0,015 | ||||
| 7 | 0,75 | 6,73 | 3,13 | 565 | 459 | 0,020 | ||||
| 9 | 0,88 | 7,73 | 4,95 | 629 | 491 | 0,025 | ||||
| 11 | 0,98 | 8,80 | 6,98 | 698 | 525,5 | 0,028 | ||||
| 13 | 1,07 | 9,82 | 9,29 | 763 | 558 | 0,031 | ||||
| 15 | | | | | | | | |
Среднее значение
Для каждого температурного режима:
510,7K
542,7K
577,8KВычисления для определения погрешностей:
| № | TR(K) | dQ (Вт) | dλX (Вт/м*К) | | № | TR(K) | dQ (Вт) | dX (Вт/м*К) | |||||
| 1 | 293 | 0,011455 | 0,002425 | 3 | 333 | 0,043286 | 0,000301 | ||||||
| 0,044482 | 0,001466 | 0,021173 | 0,000765 | ||||||||||
| 0,088161 | 0,001179 | 0,018309 | 0,000848 | ||||||||||
| 0,134182 | 0,001068 | 0,016655 | 0,000184 | ||||||||||
| 0,179468 | 0,001 | 0,015484 | 0,000887 | ||||||||||
| 0,22907 | 0,001008 | 0,014409 | 0,000903 | ||||||||||
| 0,273884 | 0,000989 | 0,135691 | 0,000931 | ||||||||||
| 2 | 313 | 0,011726 | 0,000606 | 4 | 353 | 0,040901 | 0,000161 | ||||||
| 0,044145 | 0,001024 | 0,020149 | 0,000597 | ||||||||||
| 0,018882 | 0,001034 | 0,017203 | 0,00074 | ||||||||||
| 0,017227 | 0,000977 | 0,015936 | 0,000822 | ||||||||||
| 0,015910 | 0,000939 | 0,014939 | 0,000857 | ||||||||||
| 0,014771 | 0,000932 | 0,013944 | 0,000882 | ||||||||||
| 0,013865 | 0,000935 | 0,013199 | 0,000887 | ||||||||||
| | | | | | | ||||||||
Средние значения dQ и dλ для каждого температурного режима (опыта):
dQ1= 0,137243Вт dX1=0,00131 Вт/м*К
dQ2= 0,001675Вт dX2= 0,00092 Вт/м*К
dQ3= 0,006184Вт dX3= 0,00069 Вт/м*К
dQ4= 0,005843Вт dX4= 0,00071 Вт/м*К
Технические характеристики установки:
- диаметр проволоки: d = 0,1 мм;
- внутренний диаметр трубки: dвн = 8 мм;
- длина проволоки: l = 0,5 м;
- материал проволоки: «вольфрам»;
- коэффициент температурного сопротивления:
Rэт = 3,5 Ом;
=\ 3,40 Ом.Пример вычислений:
Поток тепла:
Температура газа у поверхности нити:
Среднеарифметическая температура:
Коэффициент теплопроводности:
Расчёт погрешностей:
Погрешности прямых измерений
Окончательный результат:
для 293K 
для 313К 
для333К 
для 353К 
Вывод: В ходе данной лабораторной работы был определен коэффициент теплопроводности воздуха методом нагретой нити при атмосферном давлении и различных температурах поверхности вертикальной цилиндрической трубки. Итоговый результат, например для первого опыта, составляет:
