- •Лабораторная работа № 11 Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении.
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 13 "Определение удельной теплоты кристаллизации и изменения энтропии при охлаждении олова"
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 14
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 15
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 16.
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 17.
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа 18.
- •Лабораторная работа 19. Изучение эффекта Джоуля-Томсона.
- •Лабораторная работа 20.
- •Функциональный модуль № 1.
- •Функциональный модуль № 2.
- •Функциональный модуль № 3.
- •Функциональный модуль № 5.
- •Функциональный модуль № 6.
- •Функциональный модуль № 7.
- •Функциональный модуль № 8.
Контрольные вопросы.
Запишите закон сохранения энергии для процессов кристаллизации и охлаждения олова после кристаллизации.
Что такое энтропия. Физический смысл. Вывести формулу.
Вывести рабочую формулу.
Лабораторная работа № 14
"Измерение коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой нити".
Функциональный модуль № 4 (рис.11).
1. На передней панели модуля расположены крепежный винт 1, табличка с названием работы 2 , корпус термостата 5 , гнезда 3 и 4 для подключения источника питания и мультиметра (вольтметра), тумблер для подключения вольтметра.
2. Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить 7 (Рис.12) находится в цилиндрическом стеклянном баллоне 8 с двойными стенками, между которыми залита вода. Температура воды в баллоне и, следовательно, температура стенки Тс трубки постоянна в течение опыта. Вольфрамовая проволока через гнезда 3 и соединительные провода подключается к источнику питания постоянного тока приборного модуля. Ток в нити определяется по падению напряжения U0 на балластном сопротивлении R0. Напряжение на проволоке Uн и падение напряжения на балластном сопротивлении U0 измеряется мультиметром (вольтметром) модуля, подключенным с помощью соединительных проводов к гнездам 4 при соответствующем положении переключателя 6 (Рис.11). При нагревании нити вдоль радиуса трубки создается градиент температуры. Площадь, через которую передается тепло равна площади поверхности цилиндра, коаксиального с нагретой нитью. При этом можно записать:
(16)
где:
L - длина цилиндра радиуса r2.
Из (16) можно определить мощность теплового потока через внутреннюю цилиндрическую поверхность трубки радиуса r:
(17)
где:
r1 - радиус нити,
Тн - температура нити.
Опыт проводится при постоянной температуре трубки 9 (Рис.12), равной ТH. При этом увеличение электрической мощности, выделяемой в нити, на величину dP приводит к возрастанию ее температуры на dTH. Поэтому из (17) следует:
. (18)
Так как вблизи нити теплопроводность воздуха определяется температурой нити, то в (18) величина x(Тн) относится к температуре Тн. При возрастании температуры нити на dTн дополнительный перенос тепловой мощности dP от нити к стенке трубки определяется только теплопровод-
остью слоя воздуха вблизи нити. Из соотношения (18) получим:
(19)
Для определения производной необходимо знать зависимость Р=f(TH) которую находят по экспериментальным данный. Мощность теплового потока Р = IH∙UH находится по напряжению UH, измеренному на нити, и току IH = U0/R0, текущему через балластном сопротивление R и нить. Для определения тока измеряется напряжение на балластном сопротивлении U0. Температура нити определяется из соотношения:
(20) где:
RH0- сопротивление нити при t =0 С, Ом;
RH- сопротивление нити при температуре опыта, Ом;
αt- температурный коэффициент сопротивления материала нити,1/гра Формула (19 ) позволяет по найденной экспериментальной зависимости Р=f(TH) определить x(ТH).
Дифференцируя (20), получается:
(21)
Подставляя dTН из (21) в (19) получается:
(22)
Формула (22) позволяет использовать график зависимости Р = f (RH) (Рис.15) для нахождения производной dP/dRH.
Функциональный-модуль N 4 (рис.11,12,13).
1. Соединить источник питания приборного модуля с помощью проводов с вольфрамовой проволокой через гнезда 3 модуля N4.
2. Соединить мультиметр (вольтметр) приборного модуля гнездами 4 тумблера переключения объектов измерений.
3. Включить электропитание приборного модуля, источник питания, мультиметр (вольтметр). Включить предел измерения напряжений мультиметра (вольтметра) 20 В.
4. Убедиться в том, что на входе источника питания отсутствует напряжение. При этом регулятор напряжения необходимо повернуть против часовой стрелки до упора.
5. Переключить тумблер 6 объектов измерений в положение rh для измерения напряжения на вольфрамовой проволоке.
6. Определить значения напряжений, подаваемые на вольфрамовую проволоку, при которых производятся измерения. Рекомендуемые значения напряжений, устанавливаемые на источнике питания: 2, 3, 4, 5, 6В. 6.4.7. Установить первое значение напряжения на источнике питания, следя за показаниями мультиметра (вольтметра). Произвести отсчет напряжения на вольфрамовой проволоке. Результат записать в таблицу.
8. Переключить тумблер 6 объектов измерений в положение Rш для измерения падения напряжения на балластном сопротивлении.
9. Переключить предел измерения напряжения мультиметра (вольтметра) на 200 mВ. Произвести отсчет падения напряжения на балластном сопротивлении. Результат записать в таблицу 4.
10. Переключить предел измерения напряжения мультиметра (вольтметра) на 20 В. Пункты 5.- 9 повторить для следующих значений напряжения на вольфрамовой проволоке.
Данные установки и таблица результатов измерений.
Радиус нити r1 = 0,05мм;
Внутренний радиус трубки r2 = 3мм;
Сопротивление нити при 22 0С Roh= 4,0 Ом;
Температурный коэффициент сопротивления нити K-1 = (3,9÷4,5)∙10-3;
Длина нити L = 405мм;
Балластное сопротивление Rш =0,1 Ом.
Таблица 4
N опыта
|
UH, В
|
UOH, мВ
|
IH, А
|
RH, Ом
|
ТH, К
|
Р, Вт
|
x, Вт/м
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
2 .
|
|
|
|
|
|
|
|
11. Обработка результатов измерений.
1) Построить на миллиметровой бумаге график зависимости P=f(RH) (рис.13). Провести с помощью лекал -апроксимирующую кривую через совокупность экспериментальных точек.
Примечание. Масштаб графика согласовать с преподавателем.
2) Выбрать три точки кривой и графически определить производную dP/dRH в этих точках. Для этого провести в выбранных точках касательные к кривой и определять тангенс угла наклона каждой из них.
3) Рассчитать по формуле (22) коэффициент теплопроводности, а по формулам (20) температуру в выбранных точках.
4) Убедиться, что погрешность измерения коэффициента теплопроводности определяется в основном погрешностью определения IH и UH; расчи-тать погрешность по формуле:
(68)
Рис.11.
Рис.12.
Рис.13.