Описание установки

Рабочий участок установки с нитью - проволокой показан на рис. 1.

Железная проволока диаметром 0,2 мм расположена по оси вертикальной стеклянной трубки внутренним диаметром 12 мм, в которой находится исследуемый газ - воздух. Пространство между внешней и внутренней трубками заполнено термостатирующей жидкостью - водой.

Тепловой поток, идущий через газ от нагретой проволоки, нагревает прилегающие к внутренней трубке слои воды. Из-за большой теплоемкости и значительного объема воды изменение ее температуры в течение опыта незначительно (тем более, что полученное от трубки тепло рассеивается в окружающую среду). Благодаря циркуляции воды и интенсивному теплообмену можно считать, что температура внутренней стеклянной трубки первоначально равна температуре воды Т_к, которую можно принять равной комнатной (определяется по термометру в лаборатории).

Электрическая схема установки показана на рис.2 При помощи реостатаR_z можно изменять ток (контролируется амперметромА) через нить-проволоку, напряжение на концах которой регистрируется вольтметромU.

Примечание. Тепло от нагретого тела может переноситься движением макроскопических объемов газа, это так называемый конвективный способ передачи тепла. Конвекция может быть естественной, обусловленной разностью плотностей нагретого и холодного газа, и исказить результаты опыта.

Утечка тепла в настоящей работе происходит также через концы проволоки, которые будут находиться при температуре, близкой к комнатной, т.е. потери тепла будут происходить и за счет теплопроводности металла.

Наконец, потери тепла могут осуществляться и за счет теплового излучения. Излучение с поверхности нагретого тела (в нашем случае нити проволоки) существенно зависит от температуры и может, с возрастанием последней, значительно изменить получаемое в настоящей работе, значение коэффициента теплопроводности.

Порядок выполнения работы

1. Измерить и записать в табл. 6 комнатную температуру Т_к.

2. Установить реостат на максимальное значение его сопротивления (соответствует минимальному значению тока в цепи). Включить выпрямитель.

3. Перемещая подвижный контакт реостата, увеличивать ток через интервалы 0,2А. Показания амперметра и вольтметра занести в табл.1 (получить не менее шести пар значений). При этом вследствие тепловой инерции измерительной ячейки переход от одного установившегося теплового состояния к другому происходит через определенный промежуток времени, увеличивающийся с ростом тока в цепи. Это надо учитывать и записывать в таблицу только установившиеся через несколько секунд показания амперметра и вольтметра.

Таблица 1

Tк	I	U	R	Rк	IU	T	l
К	А	В	Ом	Ом	Вт	К	Вт/м·К

Обработка результатов

1. Для каждого измерения тока и напряжения вычислить сопротивление нити-проволоки по формуле (13) и записать в табл.1. Построить на миллиметровой бумаге (размером до тетрадной страницы) график зависимости сопротивления Rот токаIи, продолжив его до значенияI=0, определитьR_к. График, естественно, должен соответствовать постепенному возрастанию сопротивления с увеличением тока (соответствует увеличению температуры).

2. По формуле (12) вычислить температуру Т _- для каждого значения силы тока, и записать в табл.1. Значения;r_т, r_н, L – указаны на установке.

3. По формуле (10) определить для каждого случая коэффициент теплопроводности и сравнить его с теоретическим значением, предварительно вычислив его по формуле (5).