otchet_laba17
.docxМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра общей и технической физики
Лабораторная работа № 17
По дисциплине: ФИЗИКА
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗОВ МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ»
Выполнил: студент гр. ГНГ-16-1 _________ /Анненкова А.В./
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: ассистент кафедры ОТФ _________ /Водкайло Е.Г./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2016
Цель работы
Определить коэффициент теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Краткое теоретическое обоснование
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 данной работе исследуется выравнивание температуры из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. Часто в основе выравнивание температур газов лежит понятие конвекция, т.е. при нормальных 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.
С хема установки
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.
Основные расчетные формулы
|
Q - поток тепла [Вт] I – сила тока [A] - коэффициент теплопроводности газа R – сопротивление нити [Ом] - сопротивление проволоки при [Ом] L - длина цилиндра [м] - температура газа у поверхности проволоки [К] - температура нагревателя [К] - среднеарифметическая температура [К] - радиус цилиндра [м] - радиус проволоки [м] - коэффициент температурного сопротивления [ ]
|
Формулы погрешности косвенных измерений
или
Таблицы измерений
Таблица №1
Физ. величина |
|
U |
I |
R |
Е д.измерений
Номер опыта |
К |
В |
А |
Ом |
1 |
293 |
1 |
0.15 |
3.88 |
2 |
293 |
2 |
0.29 |
4.06 |
3 |
293 |
3 |
0.42 |
4.35 |
4 |
293 |
4 |
0.54 |
4.72 |
5 |
293 |
5 |
0.64 |
5.15 |
Из графика следует, [Ом]
Таблица №2:
Физ. величина |
|
U |
I |
R |
Q |
|
|
|
Ед. измерений
Номер опыта |
C |
В |
А |
Ом |
Вт |
К |
К |
|
1 |
20 |
1 |
0.15 |
3.88 |
0.07 |
298.8 |
295.9 |
0.017 |
3 |
0.42 |
4.35 |
0.63 |
325.8 |
309.4 |
0.026 |
||
5 |
0.64 |
5.15 |
1.74 |
371.8 |
332.4 |
0.03 |
||
7 |
0.8 |
6.14 |
3.24 |
428.7 |
360.85 |
0.033 |
||
9 |
0.92 |
7.21 |
5.04 |
490.3 |
391.65 |
0.035 |
||
11 |
1.03 |
8.3 |
7.28 |
552.9 |
422.95 |
0.039 |
||
13 |
1.11 |
9.38 |
9.55 |
615.1 |
454.05 |
0.041 |
||
2 |
40 |
1 |
0.14 |
4.2 |
0.07 |
337.2 |
325.1 |
0.004 |
3 |
0.41 |
4.64 |
0.64 |
362.5 |
337.75 |
0.018 |
||
5 |
0.62 |
5.41 |
1.72 |
406.7 |
359.85 |
0.026 |
||
7 |
0.78 |
6.36 |
3.2 |
461.4 |
387.2 |
0.03 |
||
9 |
0.91 |
7.39 |
5.06 |
520.6 |
416.8 |
0.033 |
||
11 |
1.01 |
8.46 |
7.13 |
582.1 |
447.55 |
0.036 |
||
13 |
1.1 |
9.52 |
9.52 |
649.1 |
481.05 |
0.039 |
||
3 |
60 |
1 |
0.14 |
4.52 |
0.07 |
375.6 |
354.3 |
0.002 |
3 |
0.39 |
4.93 |
0.62 |
399.1 |
366.1 |
0.013 |
||
5 |
0.6 |
5.66 |
1.68 |
441.1 |
387.1 |
0.021 |
||
7 |
0.76 |
6.58 |
3.14 |
494 |
413.5 |
0.027 |
||
9 |
0.89 |
7.58 |
4.96 |
551.5 |
442.3 |
0.031 |
||
11 |
1 |
8.62 |
7.12 |
611.4 |
472.2 |
0.035 |
||
13 |
1.09 |
9.67 |
9.49 |
671.8 |
502.4 |
0.039 |
||
4 |
80 |
1 |
0.13 |
4.84 |
0.07 |
414 |
383.5 |
0.001 |
3 |
0.38 |
5.23 |
0.62 |
436.4 |
394.7 |
0.01 |
||
5 |
0.58 |
5.92 |
1.65 |
476 |
414.5 |
0.018 |
||
7 |
0.75 |
6.8 |
3.16 |
526.7 |
439.9 |
0.025 |
||
9 |
0.88 |
7.78 |
4.98 |
583 |
468 |
0.03 |
||
11 |
0.98 |
8.8 |
6.99 |
641.7 |
497 |
0.034 |
||
13 |
1.07 |
9.82 |
9.29 |
700.4 |
526.7 |
0.037 |
Примеры вычислений
а) Исходные данные:
L = 0.5 м, r = м, м, α =
б) Погрешность прямых измерений:
В, А, К, Ом
в) Вычисления:
в) Вычисления погрешностей косвенных измерений
Вывод
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 22 %. Это связано с тем, что при постепенном увеличении и напряжения в цепи, происходит увеличение коэффициента теплопроводности воздуха.