ТЕПЛОпроводность ТВЕРДЫХ ТЕЛ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

 

Лабораторная работа состоит из двух заданий. В первом задании предлагается определить коэффициент теплопроводности металла (алюминий), во втором – коэффициент теплопроводности диэлектрика (картон). После описания заданий размещены бланки отчета по данной работе. Эти бланки следует распечатать и заполнить в соответствии с рекомендациями.

Работа выполняется на лабораторном комплексе ЛКТ - 8, который состоит из нескольких модулей и измерительной системы ИСТ - 4. На передней панели ИСТ – 4 (рис.) расположены органы управления и подключения модулей.

«СЕТЬ» - тумблер включения сети. При включенном тумблере «СЕТЬ» светится четырехразрядный цифровой индикатор, показания которого определяются положением ручки переключателя видов измерений («Т₁», «Т₂», «I₁», «U₁»).

Модули подключаются к измерительной системе с помощью разъема «ОБЪЕКТ» или входов «Д₁» и «Д₂».

«ПИТАНИЕ» - блок управления источником питания нагревателя.

«ВКЛ» - тумблер подключения источника питания к нагревателю.

«ТЕРМОСТАТ» - блок ограничителя температуры Т₁. Для стабилизации температуры Т₁ регулятор термостата надо поставить на заданное значение. При достижении нужной температуры будут светиться оба индикатора красный и зеленый, расположенные над регулятором.

Рекомендации:

Повторите тему «Теплопроводность». Запишите закон Фурье, описывающий явление, и уточните определения всех величин, входящих в этот закон.

ЗАДАНИЕ 1 Определение коэффициента теплопроводности металлов.

Цель: определить коэффициент теплопроводности алюминия

За единицу времени торец алюминиевой пластины, прилегающий к нагревателю, получает от него энергию, численно равную мощности нагревателя . Эта мощность передается холодному торцу пластины, прилегающему к радиатору. Радиатор охлаждается вентилятором. Температура холодного торца будет возрастать. Через некоторый промежуток времени она стабилизируется, то есть будет возрастать не более 0,2 градуса в минуту.

Для уточнения потерь тепловой мощности, поступающей в образец, определяют мощность потерь в окружающую среду. Для этого проводят опыт с алюминиевой шайбой, прикрепленной к нагревателю.

Плотность теплового потока через поперечное сечение образца определяется формулой , где - потери в окружающую среду; S – площадь поперечного сечения образца. Коэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле

,

где ℓ - расстояние между точками контакта датчиков температуры с образцом;

t₁ – температура нагревателя;

t₂ – температура радиатора.

Рекомендации:

Познакомьтесь с описанием лабораторной работы «Теплопроводность металлов» (методические указания к выполнению лабораторной работы, 2009г.) Разберитесь с работой лабораторного комплекса.

 

ЗАДАНИЕ 2 Определение коэффициента теплопроводности диэлектрика

 

Цель: определить коэффициент теплопроводности картона.

Рекомендации:

Познакомьтесь с описанием лабораторной работы «Теплопроводность диэлектриков» (методические указания к выполнению лабораторной работы, 2009г.).

В опыте нагреватель термостатируется при температуре T₁. энергия передается через картонный образец холодному торцу калориметра. Температура калориметра будет возрастать, а разность температур нагревателя и калориметра уменьшаться с течение времени по экспоненциальному закону

,

где (∆Т)₀ – разность температур на момент начала наблюдения;

С – теплоемкость калориметра;

b - расстояние между холодной и горячей поверхностями образца;

S – площадь, через которую происходит перенос энергии;

τ – время;

λ – коэффициент теплопроводности.

Величина ln(∆T) зависит от времени линейно. По графику этой зависимости можно найти коэффициент теплопроводности.

Рекомендации:

Прологарифмируйте написанное выше уравнение. Запишите полученное выражение для двух ситуаций: для момента времени τ₁ и для момента времени τ₂. Из полученной системы уравнений выразите коэффициент теплопроводности. Вывод формулы запишите в бланк отчета.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ