Определение теплопроводности тела (пластина)

Министерство образования и науки Российской Федерации

[pic 1]

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа № 18

По дисциплине:                               ФИЗИКА

                            (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

ТЕМА: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕЛА(ПЛАСТИНА)»

Выполнила:  студентка гр. МГП-17                      _________                           /Назарова Е.В./

                                      (подпись)

Проверил:    доцент кафедры                                 _________                          /Гужва М.Е./

                                     (подпись)

Санкт-Петербург

2017

Цель работы: определить коэффициент теплопроводности твердых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала.

Явление, изучаемое в работе: теплопроводность.

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.
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.

        Экспериментальная установка:

[pic 2]

Обозначения:

1-нагреватель; 2-пластина, изготовленная из материала с известным коэффициентом теплопроводности; 3-  пластина, изготовленная из исследуемого материала; 4- холодильник; 5- теплоизоляционный кожух; 6-блок питания; 7-пульт блока питания; 8,9,10-термопары; 11,12,13-табло.

        Общие сведения:
Поток тепла δQ, протекающего через однородную перегородку толщиной [pic 3] и площадью [pic 4] при разности температур [pic 5], определяется формулой        , где χ - коэффициент теплопроводности, характеризующий свойства среды. [pic 6]

Значение коэффициента теплопроводности  может быть определено непосредственно из формулы (1), если измерить на опыте величины Q, T, d и S. Однако точное определение Q практически невозможно, поэтому в настоящей работе производится сравнение теплопроводности исследуемого материала  с теплопроводностью некоторого другого эталонного материала с хорошо известным значением коэффициента , при этом можно избежать измерения Q.
Суть метода следующая. Две пластинки, изготовленные из материалов с коэффициентами теплопроводности  и , зажимаются между стенками, температуры которых равны T1 и T2 и поддерживаются постоянными во время опыта. Если толщины пластинок (d1 и d2) достаточно малы по сравнению с наименьшим линейным размером их поверхности, то можно пренебречь потерей тепла через боковые поверхности. Тогда можно считать, что тепловой поток протекает только от горячей стенки к холодной через пластины. В этом случае  и (3). Из (2) и (3) получаем окончательно , где δT1 и δT2 - перепады температур на пластинках.
Зная теплопроводность материала одной из пластинок, используя формулу(4) легко определить на опыте теплопроводность другой пластинки. Необходимо помнить о том, что формула (4) получается в предположении сохранения теплового потока неизменным через обе пластинки, что оправдано при толщине, очень малой по сравнению с радиусом пластинки, и при теплоизоляции боковых поверхностей пластинок.[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]