Файл: Определение коэффициента теплопроводности твердых тел.docx
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 15
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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
-
Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердого тела методом сравнения с теплопроводностью эталонного образца из известного материала. -
Краткое теоретическое содержание:-
Свойство, изучаемое в работе: теплопроводность. -
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.
-
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]- .
-
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.
-
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.
-
Формула погрешности косвенных измерений.
Относительная погрешность коэффициента теплопроводности:
Результаты измерений и вычислений Т аблица 1
-
Примеры вычислений.-
Исходные данные:
-
Исходный материал – железо
Толщина исходной пластины – 10 мм
Толщина исследуемой пластины – 6 мм
-
Погрешности прямых измерений:
= 0,01
-
Вычисления:
К
К
Вт/м*К
Вт/м*К
Вт/м*К
-
Вывод.
В результате выполнения работы был определен коэффициент теплопроводности меди методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (Железо).