Определение теплопроводности твердого тела
Определение коэффициента теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. Использование для определения теплопроводности тела полистироловой пластины (эталона) и асбеста (в качестве исследуемого материала).
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.11.2018 |
| Размер файла | 159,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Лабораторная работа
«Определение теплопроводности твердого тела»
Амакасова А.И.
Санкт-Петербург 2018
Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.
Краткие теоретические сведения
1) Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.
2) Основные определения:
Количество теплоты -- энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.
Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и определяющая направление теплообмена между телами, [Т]=К.
Теплопередача -- физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения.
Энергия -- скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
3) Используемые законы:
Закон Фурье:
В установившемся режиме поток энергии, передающийся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:
jE = ?л*(dT?dx),
где, jE - плотность теплового потока - величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х,
л - теплопроводность (Вт/(м*К),
dT?dx - 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.
теплопроводность твердое тело
л = 1/3*cVс<х><?>,
где cV - удельная теплоёмкость газа при постоянном объёме (Дж/(кг*К)), с - плотность газа (Па),
<х> - средняя скорость теплового движения молекул (м/с),
<?> - средняя длина свободного пробега (м).
4) Теоретически ожидаемый результат:
5) ч= Вт/(м*К)
Схема установки
1 - нагреватель, 2,3 - пластины, 4 - холодильник, 5 - стенки, 6 - блок питания, 7 - пульт термостата, 8,9,10 - термопары, 11,12,13 - табло термопар, 14 - блок питания
Технические характеристики установки:
Эталонная пластина - полистирол.
Исследуемая пластина - азбест.
d1 эталонной пластины = 15 мм = 0,015 м
d2 исследуемой пластины = 20 мм =0,020 м
ч1 эталонного материала = 0,082 Вт/(м*К)
Исходные данные
В ходе лабораторной работы использовалась полистироловая пластина (эталон) толщиной 15 мм и аcбест (исследуемая) толщиной 20 мм. Коэффициент теплопроводности полистироловой пластины 0,082
Расчётные формулы
(1)
где ч1 - коэффициент теплопроводности эталонной пластины, d1 - толщина эталонной пластины, d2 - толщина исследуемой пластины, ДТ1 - перепад температур на эталонной пластине, ДТ2 - перепад температур на исследуемой пластине.
ДТ1 = Т1 - Т2 (2)
где Т1 - температура на 1 термопаре, Т2 - температура на 2 термопаре.
ДТ2 = Т2 - Т3 (3)
где Т2 - температура на 2 термопаре, Т3 - температура на 3 термопаре.
Погрешности прямых измерений
U прибора =1 B
Д(ДТ1) прибора = 0,01К
Д(ДТ2) прибора = 0,01К
ДТ1 прибора = 0,01єС
ДТ2 прибора = 0,01єС
ДТ3 прибора = 0,01єС
Расчёт абсолютной погрешности косвенных измерений:
-абсолютная погрешность коэффициента теплопроводности:
Результаты измерений
Таблица 1
|
Физ. величина |
U |
Т1 |
Т2 |
Т3 |
ДТ1 |
ДТ2 |
ч2 |
Дчср |
|
|
Ед. изм. № измерения |
В |
єС |
єС |
єС |
К |
К |
Вт/(м*К) |
Вт/(м*К) |
|
|
1 |
10 |
37,04 |
25,10 |
20,00 |
11,94 |
5,10 |
0,192 |
0,162 |
|
|
2 |
20 |
68,08 |
40,38 |
20,00 |
27,70 |
20,38 |
0,112 |
||
|
3 |
35 |
88,15 |
43,92 |
20,00 |
44,23 |
23,92 |
0,152 |
||
|
4 |
50 |
99,99 |
43,97 |
20,00 |
56,02 |
23,97 |
0,192 |
Вычисления и результаты
1. ч2= (0,082*0,015*11,94)/(0,015*5,10)=0,192
2. ч2= (0,082*0,015*27,70)/(0,015*20,38)=0,112
3. ч2= (0,082*0,015*44,23)/(0,015*23,92)=0,152
4. ч2= (0,082*0,015*56,02)/(0,015*23,97)=0,192
Дчср = (0,192+0,112+0,152+0,192)/4=0,162
Расчёт погрешностей косвенных измерений:
Дч2 = 0,162* (0,0001/0,020+11,94/37,04+0,0001/0,082+5,10/25,10)=0,0852 Вт/м*К
Окончательный результат:
= 0,192± 0,0852 Вт/(м•К)
= 0,112± 0,0852 Вт/(м•К)
= 0,152± 0,0852 Вт/(м•К)
= 0,192± 0,0852 Вт/(м•К)
=8,5%=8,5%=8,5%=8,5%
Вывод
В ходе работы определен коэффициент теплопроводности асбеста методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (полистирола) ч=0,082 Вт/м*К. Табличное значение коэффициента теплопроводности асбеста ч=0,107 Вт/м*К. Полученное значение отличается от исходного примерно на 25 %.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Содержание закона Фурье. Расчет коэффициентов теплопроводности для металлов, неметаллов, жидкостей. Причины зависимости теплопроводности от влажности материала и направления теплового потока. Определение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции.
контрольная работа [161,2 K], добавлен 22.01.2012Определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде. Особенности оценки зависимости теплопроводности воздуха от напряжения тока, заданного в цепи.
лабораторная работа [240,1 K], добавлен 11.03.2014Величина коэффициента и единица измерения теплопроводности. Расчет теплоотдачи у наружной поверхности ограждения. Сущность теплового излучения. Удельная теплоёмкость материала, её зависимость от влажности. Связь теплопроводности и плотности материала.
контрольная работа [35,3 K], добавлен 22.01.2012Основной закон теплопроводности. Теплоносители как тела, участвующие в теплообмене. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Лучеиспускание как процесс переноса энергии в виде электромагнитных волн. Сущность теплопроводности цилиндрической стенки.
презентация [193,0 K], добавлен 29.09.2013Тепловое движение частиц твердого тела. Развитие теории теплоемкости и теплопроводности кристаллической решетки материала. Основные механизмы переноса тепла в твердом теле. Фотоны. Фотонный газ. Электронная теплопроводность. Закон Видемана-Франца.
курсовая работа [242,1 K], добавлен 24.06.2008Дифференциальное уравнение теплопроводности. Поток тепла через элементарный объем. Условия постановка краевой задачи. Методы решения задач теплопроводности. Численные методы решения уравнения теплопроводности. Расчет температурного поля пластины.
дипломная работа [353,5 K], добавлен 22.04.2011Явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому, от одной его части к другой. Теплопроводность через однослойную, многослойную и цилиндрическую стенки. Определение параметров теплопроводности в законе Фурье. Примеры теплопроводности в жизни.
презентация [416,0 K], добавлен 14.11.2015Рассмотрение теории нелинейной теплопроводности: основные свойства, распространение тепловых возмущений в нелинейных средах и их пространственная локализация. Задача нелинейной теплопроводности с объемным поглощением и пример ее решения на полупрямой.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 07.05.2011Математическое моделирование тепловых процессов. Основные виды теплообмена в природе. Применение метода конечно разностной аппроксимации для решения уравнения теплопроводности. Анализ изменения температуры по ширине пластины в выбранные моменты времени.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 22.05.2019Исследование свойств теплопроводности как физического процесса переноса тепловой энергии структурными частицами вещества в процесс их теплового движения. Общая характеристика основных видов переноса тепла. Расчет теплопроводности через плоскую стенку.
реферат [19,8 K], добавлен 24.01.2012Анализ физико-химических свойств теплоизоляционных материалов. Разработка композиционных смесей с минимальным коэффициентом теплопроводности. Влияние пористости вещества на процессы охлаждения. Прессование конструкционных деталей из композиционной смеси.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 20.06.2013Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Удельный тепловой поток Термическое сопротивление теплопроводности трехслойной плоской стенки. Графический метод определения температур между слоями. Определение констант интегрирования.
презентация [351,7 K], добавлен 18.10.2013Основные положения теории теплопроводности. Дерево проблем и целей. Математическая модель, прямая и обратная задача теплопроводности. Выявление вредных факторов при работе за компьютером, расчет заземления. Расчет себестоимости программного продукта.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 04.03.2013Уравнение теплопроводности: физический смысл и выводы на примере линейного случая. Постановка краевой задачи остывания нагретых тел, коэффициент теплопроводности. Схема метода разделения переменных Фурье применительно к уравнению теплопроводности.
курсовая работа [245,8 K], добавлен 25.11.2011Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества. Главные особенности калориметрического метода. Методические рекомендации к выполнению лабораторной работы "Определение коэффициента теплопроводности металлов".
курсовая работа [79,4 K], добавлен 05.07.2012Исходные соотношения теории теплопроводности и термоупругости тонких изотропных оболочек. Применение двумерного интегрального преобразования Фурье к исходным соотношениям. Сведение задачи теплопроводности к системам сингулярных интегральных уравнений.
дипломная работа [405,8 K], добавлен 11.06.2013Определение вязкости глицерина и касторового масла, знакомство с методом Стокса. Виды движения твердого тела. Определение экспериментально величины углового ускорения, момента сил при фиксированных значениях момента инерции вращающейся системы установки.
лабораторная работа [780,2 K], добавлен 30.01.2011Общие свойства твердого тела, его состояния. Локализированные и делокализированные состояния твердого тела, отличительные черты. Сущность, виды химической связи в твердых телах. Локальное и нелокальное описания в неискаженных решетках. Точечные дефекты.
учебное пособие [2,6 M], добавлен 21.02.2009Математическая зависимость, связывающая физические параметры, характеризующие явление теплопроводности внутри объема. Феноменологический и статистический методы исследования процессов тепло- и массообмена. Модель сплошной среды, температурное поле.
презентация [559,8 K], добавлен 15.03.2014Изучение основного закона и физического смысла теплопроводности. Исследование теплопроводности жидкости, основанной на вычислении кинетических коэффициентов средствами статистической физики или использовании теплового движения и механизмов переноса.
курсовая работа [64,6 K], добавлен 01.12.2010
