Методические указания к лабораторным занятиямпо дисциплине «Молекулярная физика» для студентов специальности «5В011000, 5В060400-физика»
ПОЛУЧЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ И ОПИСАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
жүктеу/скачать 7,07 Mb.
|
| ПОЛУЧЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ И ОПИСАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Рассмотрим одномерную задачу о переносе тепла через перегородку толщины z. Пусть по одну сторону этой перегородки поддерживается неизменная температура TH , а по другую сторону находится некоторая среда температурой t (TH>T) , которая не имеет теплоотдачи. Прошедшее через перегонку тепло dQ называется изменение температуры среды на (3) где с - удельная темлоемкость среды , m – масса этой среды. Количество тепла, прошедшее через прокладку S за время dT легко подсчитать из уравнения (1) dQ=qdt (4) Если можно считать, что изменение температуры в слое среды происходит по линейному закону, то с учетом (2) имеем (5) Тогда на основании (3) и (5) можем написать, что mcZ· (6) Если температура среды за перегородкой за время τ изменилась от т1 до т2 , то соотношение (6) в этом случае запишем так: (7) После интегрирования, получим выражение для теплопроводимости вещества перегородки в следующем виде: æ (8) Таким образом, если знаем массу и удельную теплоемкость среды за перегородкой ее начальную T1 и конечную T2 температуры - за время τ, которое произошло это изменение температуры в среде, толщину перегородки: площадь теплопроводящей поверхности и температуры TH то воспользовавшись формулой (8) можно определить теплопроводность вещества, из которого изготовлена перегородка. Установка для определения теплопроводности сыпучих тел материалов (рисунок 2) представляет собой цилиндр диаметром 133 мм и высотой 270 мм. В верхней части находится калориметр 1, своим дном плотно прижимается к образцу сыпучего материала 2, насыпанного тонким слоем на дно камеры для сыпучих материалов. По периметру калориметра располагается теплоизолирующая пенопластовая втулка 3, сверху калориметр закрыт крышкой ² с термометром 5 и мешалкой 17. Дно камеры для сыпучих материалов одновременно является крышкой бачка – источника тепла для обеспечения процесса теплопередачи. Бачок представляет собой единый, сварной двухемкостный агрегат. Его емкости – бачок для воды 6 и емкость для пара 7 – соединены между собой трубкой 8 диаметром 8 мм. Под дном бачка воды находится электронагреватель 9. Нагреватель включается в сеть вилкой 10 и шнуром 11. Бачок для воды заправляется через горловину 12, закрывавшего пробкой 13. Уровень воды в бачке регистрируется на указателе уровня 14. В емкости для пара имеется дренажное отверстие 15 Рисунок 2. Поверхность слоя сыпучего материала выравнивает основанием 1 (рисунок 3) измерителя толщины слоя материала. Стержень при этом вдвигается в трубку 3, после чего фиксируется винтом 4, высота слоя измеряется по длине выступающего стержня (измерения производятся штангенциркулем). Принцип работы установки заключается в измерении количества внутренней энергии, переведенной через слой сыпучего материала определенной толщины за единицу времени. Из кипятильника – бачка для воды 6 в емкость для пара 7 (рисунок 2) непрерывно поступает пар, что обеспечивает условие неизменности температуры TН. На емкости 7 лежит пластинка из исследуемого вещества нашем примере сыпучего вещества. На этой пластине установлен калориметр с водой. Сосуд – емкость для пара 7, пластина сыпучего вещества 2 и калориметр 1 теплоизолированы от окружающей среды. Изменение температуры воды в калориметре фиксирует с помощью термометра 5. Если нам известны: толщина сыпучего слоя z и его площадь S, температура пара воды в начальный момент и по истечении промежутка времени τ, то мы можем подсчитать теплопроводности æ из соотношения (8) которое применительно к данной установке примет вид: (9) Здесь c1 и с2 – теплоемкость воды и колориметра I с мешалкой 17, а m1 и m2 – соответственно их массе. жүктеу/скачать 7,07 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|