Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012

4. Ни в коем случае не пытайтесь самостоятельно настраивать миникомпьютеры «Кобра 4»!

ЗАДАНИЕ

Измерение коэффициентов теплопроводности стекла, дерева и пенопласта

1.На крышке установки прочитайте, теплопроводность каких стенок можно измерить с помощью данной установки. Запишите в лабораторный журнал толщину и материал этих стенок.

2.Закройте ящик крышкой и завинтите все четыре винта, не прилагая излишних усилий.

3.С помощью термометра на стене лаборатории измерьте тем-

пературу воздуха в комнате T4. Результат занесите в лабораторный журнал.

4.Включите оба электронных термометра однократным нажатием клавиши зеленого цвета. Включите нагреватель и с помощью вращающегося регулятора установите четыре деления на его шкале.

5.На протяжении часа измеряйте температуру по каждой из термопар с интервалом 5 мин. Для переключения дисплея электронного термометра от одной термопары к другой используйте стрелочки «вверх» или «вниз». В принципе можно не переключаться от одной термопары к другой, так как на экране каждого электронного термометра одновременно показаны обе температуры: одна – крупным шрифтом, а другая – мелким. Разъемы термопар на каждом электронном термометре подписаны «T1» и «T2». Такие же обозначения имеют термопары на экране электронного термометра.

Если некоторое время не нажимать на кнопки электронного термометра, он автоматически отключится для экономии питания. Поэтому если экран цифрового термометра потух, просто включите его снова. На показаниях термометра это никак не скажется.

6.За указанное время эксперимента исследуемая термодинамическая система должна перейти в состояние динамического равновесия, т.е. температуры, измеряемые термопарами, должны перестать изменяться. Если этого не произошло за один час, продолжайте измерения, пока температуры всех стенок не перестанут изменяться (возможны изменения температуры в несколько десятых

196

градуса). Результаты измерений записывайте в заранее подготовленную табл. 2.19.1.

7.С помощью термометра на стене лаборатории еще раз из-

мерьте температуру воздуха в комнате T4. Результат занесите в лабораторный журнал.

8.Выключите нагреватель. Отверните винты, удерживающие крышку ящика, и откройте ее, чтобы установка остывала. Выключите электронные термометры однократнымнажатиемна зеленую кнопку.

ОБРАБОТКАРЕЗУЛЬТАТОВИЗМЕРЕНИЙ

1.По результатам таблицы 1 постройте графики зависимости температуры поверхностей обоихстенокот времени наодномлисте.

2.Сделайте вывод о времени установления динамического равновесия и о соотношении коэффициентов теплопроводности пенопласта

идерева.

3.По графикам для каждой панели определите температуры

внутренней и наружной поверхностей стенок (т.е. T1 и T2 соответственно), когда система пришла в динамическое равновесие. Так как температура, которую показывают электронные термометры, даже в состоянии динамического равновесия испытывает малые колебания в пределах нескольких десятых градуса около среднего значения, по данным из табл. 1 определите случайную погрешность полученных значенийT1 и T2 длявсех панелейметодомКорнфельда.

4.Рассчитайте среднее значение температуры окружающего ящик воздухаT4 и егопогрешность.

5.По полученным данным, используя формулы (8) и (9), для материала каждойпанели рассчитайтекоэффициенттеплопроводностии егопогрешность.

6.Если была использована установка с двумя панелями из одного

итого же материала (например, двумя фанерными панелями разной

197

толщины), то усредните полученные значения коэффициентов теплопроводностиирассчитайтеегопогрешность.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В заключении к работе должны быть представлены графики зависимости температуры обеих поверхностей обеих стенок от времени. Также нужно привести рассчитанные значения коэффициентов теплопроводности материала для обеих стенок, если они выполнены из разных материалов. В случае стенок из одного материала должно быть приведено одно значение коэффициента теплопроводности. Необходимо сравнить полученные значения коэффициентов теплопроводности исследуемых материалов с табличными значениями и сделать вывод о причинах, вносящих систематическую ошибку в результаты работы при использовании установки такой конструкции.

Табличные значения

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое динамическое равновесие?

2.Что такое теплопередача? Какие существуют виды теплопередачи?

3.Какие основные физические величины используются в качестве характеристик передачи тепла?

4.Сформулируйте закон Фурье. Почему в векторной записи закона стоит знак «минус»?

5.От чего зависит коэффициент теплопроводности?

198

6.Что такое внешняя теплопередача? Сформулируйте закон Ньютона. При каких условиях он выполняется?

7.Как зависит температура в плоскопараллельной однородной стенке от координат при фиксированных температурах ее поверхностей?

8.Если стенка находится в состоянии динамического равновесия, как связан коэффициент теплопроводности материала стенки с температурами ее границ с воздухом?

9.Из каких основных деталей состоит установка?

10.Каким образом и в каком месте панели нужно закрепить термопары и почему?

11.Когда нужно прекратить измерения с выбранной первоначально парой панелей?

12.Каким образом для выбранной панели в работе определя-

ются температуры T2 и T3, необходимые для расчета коэффициента теплопроводности материала панели?

13.Как измерить температуру воздуха в комнате?

14.Как вы думаете, почему в работе не предлагается измерять температуру воздуха внутри ящика?

15.Какие источники систематических ошибок могут присутствовать в настоящей работе?

16.Исходя из табличных данных, теплопроводность какого материалабудет измерена вданной установке сминимальной точностью?

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. Молекулярная физика и термодинамика. М.: Астрель, АСТ, 2003.С. 175–179, 188–191.

2.Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. С. 165–168.

Дополнительная

1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Физматлит, 2006. С. 334–343.

2.Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1981. С. 363–365, 385–386.

199