Otchet_po_fizike_virtualka_1
.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ГОРНЫЙ»
Кафедра общей и физической химии
ОТЧЕТ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17
«Определение теплопроводности газов методом нагретой нити»
Выполнил: студент гр. АХ-13 __________ Данцевич А.И.
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: доцент каф. ОТФ ___________ Стоянова Т.В.
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2013 год
Цель работы: определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.
Основные теоретические сведения
Краткое теоретическое содержание:
а) явления, изучаемые в работе: явление конвективного теплообмена, процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах.
б)определения:
Конвекция – вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоком.
Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретого слоя газа к менее нагретому, за счет хаотичного теплового движения молекул.
Поток тепла - количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность.
Градиент температуры - характеристика, показывающая направление наискорейшего возрастания температуры в зависимости от направления среды (увеличение или уменьшение температуры по направлению среды).
Схема установки:
1 – проволока; 2-трубка; 3,4 – упоры; 5 -внутренний диаметр трубки;
6 – эталонное сопротивление; 7 – нагрузочное сопротивление; 8 – магазин сопротивлений; 9 – гальванометр; 10 – термостат;
11-пульт упр. источником питания Е; 12- пульт управления.
Основные расчётные формулы:
Коэффициент теплопроводности:
L – длина цилиндра;
- радиус цилиндра;
Q – поток тепла;
- температура газа у поверхности цилиндра;
- температура газа у поверхности нити;
–
коэффициент теплопроводности газа;
r – радиус нити.
Поток тепла:
I – сила тока; [I] = А;
R – сопротивление; [R] = Ом;
Температура газа у поверхности нити:
R0 – сопротивление проволоки при комнатной температуре; [R0] = Ом;
α- коэффициент
температурного сопротивления;
.
Формулы погрешности косвенных измерений:
Абсолютная и относительная погрешность потока тепла:
Табл. 1. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при комнатной температуре.
Физ. величина
TR
U
I
R
Ед, измер.
№ опыта
К
В
А
Ом
1
293
1
0,15
38,8
2
293
2
0,29
40,6
3
293
3
0,42
43,5
4
293
4
0,54
47,2
5
293
5
0,64
51,5
График зависимости
Сопротивление проволоки при комнатной температуре Ro=35;
Табл. 2. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при температуре 20°С.
|
Физ. величина |
TR |
U |
I |
R |
Q |
Tr |
Tср |
|
|
Ед, измер. № опыта |
оС |
В |
А |
Ом |
Вт |
К |
К |
|
|
1 |
20 |
1 |
0,15 |
39,4 |
0,73 |
320,33 |
306,66 |
0,04 |
|
2 |
20 |
4 |
0,42 |
43,8 |
6,39 |
347,66 |
320,33 |
0,16 |
|
3 |
20 |
7 |
0,73 |
56,6 |
24,93 |
427,16 |
360,08 |
0,25 |
|
4 |
20 |
10 |
0,94 |
72,3 |
52,80 |
524,68 |
408,84 |
0,31 |
|
5 |
20 |
12 |
1,11 |
88,5 |
90,12 |
625,30 |
459,15 |
0,37 |
Табл. 3. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при температуре 40°С.
|
Физ, величина |
TR |
U |
I |
R |
Q |
Tr |
Tср |
|
|
|
Ед, измер. № опыта |
оС |
В |
А |
Ом |
Вт |
К |
К |
|
|
|
1 |
40 |
1 |
0,14 |
44,7 |
0,72 |
353,25 |
323,12 |
0,02 |
|
|
2 |
40 |
4 |
0,4 |
47,8 |
6,32 |
372,50 |
332,75 |
0,11 |
|
|
3 |
40 |
7 |
0,61 |
55 |
16,91 |
417,22 |
355,11 |
0,19 |
|
|
4 |
40 |
10 |
0,78 |
64 |
32,18 |
473,12 |
383,06 |
0,24 |
|
|
5 |
40 |
12 |
1,06 |
88,4 |
82,09 |
624,68 |
458,84 |
0,34 |
|
Табл. 4. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при температуре 60°С.
|
Физ. величина |
TR |
U |
I |
R |
Q |
Tr |
Tср |
|
|
Ед, измер. № опыта |
оС |
В |
А |
Ом |
Вт |
К |
К |
|
|
1 |
60 |
1 |
0,14 |
45,2 |
0,73 |
356,35 |
324,68 |
0,02 |
|
2 |
60 |
4 |
0,39 |
49,3 |
6,20 |
381,82 |
337,41 |
0,10 |
|
3 |
60 |
7 |
0,6 |
56,6 |
16,84 |
427,16 |
360,08 |
0,17 |
|
4 |
60 |
10 |
0,76 |
65,8 |
31,41 |
484,30 |
388,65 |
0,22 |
|
5 |
60 |
12 |
1,04 |
91,5 |
81,79 |
643,93 |
468,47 |
0,32 |
Табл. 5.. Зависимость сопротивления нити R от протекающего через установку тока I при температуре 80°С.
|
Физ, величина |
TR |
U |
I |
R |
Q |
Tr |
Tср |
|
|
Ед, измерений Номер опыта |
оС |
В |
А |
Ом |
Вт |
К |
К |
|
|
1 |
80 |
1 |
0,13 |
48,4 |
0,68 |
376,23 |
334,61 |
0,01 |
|
2 |
80 |
4 |
0,38 |
52,3 |
6,24 |
400,45 |
346,73 |
0,08 |
|
3 |
80 |
7 |
0,58 |
59,3 |
16,49 |
443,93 |
368,47 |
0,15 |
|
4 |
80 |
10 |
0,75 |
58 |
26,96 |
435,86 |
364,43 |
0,26 |
|
5 |
80 |
12 |
1,03 |
93,1 |
81,63 |
653,87 |
473,43 |
0,31 |
Пример вычислений:
Технические характеристики установки:
- диаметр проволоки: d = 0,1 мм;
- внутренний диаметр трубки: dвн = 8 мм;
- длина проволоки: l = 0,5 м;
- материал проволоки: «вольфрам»;
- коэффициент температурного сопротивления:
Rэт = 3,5 Ом;
rн = 35 Ом.
Поток тепла:
Температура газа у поверхности нити:
Среднеарифметическая температура:
Коэффициент теплопроводности:
Расчёт погрешностей:
Погрешности прямых измерений
Погрешности косвенных измерений
График
зависимости
.
Вывод
В результате лабораторной работы
коэффициент теплопроводности получился
равным
.
Табличное значение коэффициента
теплопроводности воздуха
.
Полученный мной результат больше
табличного на 37%.