Порядок проведения эксперимента от комнатной температуры

1. Установить переключатель измерения в положение t₁.

2. Включить кнопкой «НАГРЕВ» основной нагреватель и установить по вольтметру блока питания и регулирования начальное напря­жение (40±2) В; при прохождении светового указателя через нуль-шкалы включить секундомер и перевести переключатель «Измерение» в положение t₂.

3. Выключить секундомер при прохождении светового указателя через нуль-шкалы и записать показания секундомера в графу таблицы τ_T.

4. Повторить измерения τ_T при всех значениях температур, указанных в таблице.

5. Выключить нагреватель при достижении желаемого уровня температуры или предельной температуры разогрева образца.

6. Заарретировать прибор Ф136.

7. Установить переключатель «Измерение» в положение «Уст. 0».

8. Выключить блок питания и регулирования.

9. Поднять верхнюю часть корпуса ячейки измерительной.

10. Охладить ячейку до комнатной температуры (можно использовать вентилятор).

11. Провести расчет удельной теплоемкости по формуле (17) с использованием необходимых данных таблицы.

Таблица регистрации необходимых данных для расчета теплоемкости

Испытуемый образец тQ = 15,285 г
t, ^0С	, с	, с	КT, Вт/К	С, Дж/кг∙К
0	14,4		0,511
25	13,8		0,51
50	13,5		0,50
100	12,4		0,496
150	12,0		0,505
200	11,7		0,519
300	11,7		0,553
400	11,9		0,599

Контрольные вопросы

1. Каковы причины зависимости теплоемкости твердых тел от температуры?

2. Вывести закон Дюлонга–Пти.

3. Основные положения теория теплоемкости твердых тел Эйнштейна.

4. Теория теплоемкости твердых тел Дебая.

Литература

1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978. – С. 211–234.

2. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в режиме. – М.: Энергия, 1973.

3. Сергеев О.А. Метрологические основы теплофизических измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1972.

4. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 2000. – 494 с.

Лабораторная работа № 4

Измерение теплопроводности (λ) твердых тел

Цель работы: изучение тепловых свойств твердых тел, ознакомление с экспериментальным методом измерения теплопроводности твердых тел.

Принадлежности: образцы твердого тела (диаметр – 15 мм, высо­та от 0,5 до 5 мм); измеритель теплопроводности ИТ-Л-40 (диапа­зон: λ = 0,1–5 Вт/м К).

Теплопроводность твердых тел

Все твердые тела в той или иной степени способны проводить тепло. В изотропном твердом теле распространение тепла подчиняется закону Фурье (1822 г.):

,

где – вектор, модуль которого равен потоку тепла через единичное сечение, перпендикулярное , в единицу времени; gradT – градиент температуры вдоль нормали к изотермической поверхности; λ – коэффициент теплопроводности; знак «–» означает, что тепло течет в направлении, противоположном градиенту температуры, т. е. от горячей области к холодной.

Для анизотропных твердых тел в общем случае не совпадает с направлением нормали к изотермической поверхности и уравнение (1) заменяется следующим:

,

где λ_ij – тензор второго ранга:

.

Если тензор (3) привести к главным осям (x, y, z), то имеем:

.

Т. е. уравнение (2) имеем более простую форму записи:

; ; .

Анизотропные кристаллы обычно характеризуются коэффициентами теплопроводности в направлении главных осей. Размерность [λ] = Вт/м∙К.