- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •Санкт-Петербургский государственный горный институт
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 2
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 3
- •2.2. Металлы
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 4
- •Гальваномагнитные явления в твердых телах
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 6
- •Исследование солнечных генераторов электроэнергии
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 7
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 8
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 9
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Таблица 1
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Последовательность проведения измерений следующая:
- •Теоретическое значение момента инерции маятника
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •МОМЕНТ ИНЕРЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ. ТЕОРЕМА ШТЕЙНЕРА
- •Цель работы – измерить моменты инерции различных тел. Проверить теорему Штейнера.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА
- •Теоретические аспекты.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •5. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВОВ
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Таблица 2
- •6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
- •Описание установки.
- •Задание 1. Исследование поляризации лазерного излучения.
- •Задание 2. Изучение закона Малюса.
- •Таблица 1
- •Задание 3. Изучение эллиптической поляризации.
- •Таблица 2
- •Задание 4. Исследование круговой поляризации.
- •7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА САХАРИМЕТРОМ
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Описание установки.
- •Снятие отсчета по лимбу
- •Порядок выполнения.
- •часть I. Определение преломляющего угла призмы
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Часть III. Построение кривой дисперсии.
- •Таблица 3
- •Экспериментальная установка и порядок ее настройки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета:
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Электрическая схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ.
- •Порядок выполнения работы.
- •ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
- •ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
- •Порядок выполнения работы.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание установки
- •Пояснение к схеме:
- •Краткая теория
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ИЗУЧЕНИЕ ИЗОПРОЦЕССОВ В ГАЗАХ
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание экспериментальной установки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •2. Исследование основных параметров колебательного контура и обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 5
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Исследование основных параметров резистивно-индуктивной цепи
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания к лабораторной работе № 6
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Порядок выполнения эксперимента.
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы:
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы.
- •Обработка результатов.
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 9
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Кафедра Общей и технической физики
- •Термодинамика, теплопередача, тепло и массообмен
- •ФИЗИКА
- •Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
- •Работа №2 Цикл тепловой машины
- •Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
- •Работа № 8 Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
- •Экспериментальная установка
- •Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
- •Работа № 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •ЗАДАНИЕ
- •Работа № 13 Исследование диффузии газов
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Описание установки
- •Порядок выполнения
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •10.2. Состав
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
Между двумя телами, разделенными газовым промежутком и имеющими разные температуры, происходит теплообмен, который обусловлен тремя процессами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием (тепловым излучением).
Теплопроводность газов – это перенос энергии за счет химического (теплового) движения молекул. Скорость такого движения зависит от температуры. Молекулы газового слоя, прилегающему к горячему телу, обладают большей скоростью, и следовательно, энергией. Благодаря взаимным столкновениям эта энергия передастся молекулам соседних слоев газа. В результате в газовом слое, прилегающем к холодному телу, энергия молекул возрастает и при столкновении с телом молекулы передают ему часть своей энергии. Таким образом, происходит перенос энергии от горячего тела к холодному.
Конвекция – это перенос энергии (тепла) за счет перемещения частей газа как целого. Теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой или если объем газа невелик.
Лучеиспускание заключается в излучении телами электромагнитных волн.
В условиях данной работы конвекцией и тепловым излучением можно пренебречь. Поэтому дальше мы будем рассматривать только процесс теплопроводности.
Если газ неравномерно нагрет, т.е. температура в одной его части выше или ниже, чем в другой, то возникает поток тепла от мест с большей температурой к местам с меньшей температурой. Рассмотрим одномерный случай, когда температура газа меняется в направлении X, например увеличивается (рис.1).
На основе обобщения опытных данных был установлен эмпирический закон для потока тепла (закон Фурье).
Q T SX
Здесь Q – поток тепла, т.е. количество энергии переносимой через площадку S за единицу времени. S - площадь площадки расположенной между слоями с координатами X и X X перпендикулярно оси x, T - разность температуры между этими слоями,T / X - градиент температуры, æ – коэффициент теплопроводности, зависящий от рода газа и от условий в которых газ находится. Знак ''-'' означает, что поток тепла направлен в
сторону убывания температуры.
В тех случаях, когда газ, в котором существует градиент температуры, предоставлен самому себе, т.е. к нему извне не подводится энергия, теплопроводность приводит к выравниванию температуры. Это нестационарная теплопроводность.
Если же подводить к газу тепло извне, то можно искусственно поддерживать разность температур постоянной. Это стационарная теплопроводность. В этих условиях количество тепла, протекающего через газ в единицу времени равно мощности источника энергии, за счет которого поддерживается заданный градиент температуры, эта мощность (обычно электрическая) и подлежит измерению при экспериментальном определении коэффициента теплопроводности.
Одним из наиболее распространенных методов измерения коэффициента теплопроводности газов является метод нагретой нити.
Рассмотрим идею этого метода.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Исследуемым газом заполняют пространство между двумя коаксинальными цилиндрами с радиусом r1 и R2 (рис.2). Внутренний цилиндр представляет собой просто
тонкую проволоку, по которой пропускается электрический ток, что она служит и нагревателем, потребляющим мощность P. Другой цилиндр охлаждается так, чтобы его температура T2 оставалась все время постоянной.
Через некоторое время после включения нагревателя устанавливается стационарное состояние, при котором температура T1 внутреннего, нагревательного цилиндра тоже становиться постоянной. Тем самым, между внутренним и внешним цилиндрами, установится постоянная разность температур T1-T2 . Величина этой разности
температур зависит от теплопроводности газа. Найдем эту зависимость.
Если длина цилиндра равна R, то количество тепла, протекающее в 1с через любое цилиндрическое сечение S радиуса r (т.е. S 2 RL ) определяется уравнением
Q Æ DT S
DR
где dT/dz – градиент температуры вдоль радиуса цилиндра. Если высота цилиндра достаточно велика по сравнению с радиусом, то температуру вдоль оси цилиндра можно считать повсюду одинаковой.
В стационарном состоянии Q равно мощности нагревателя P.
P Æ DT 2 RL
DR
Отсюда
|
DT |
|
|
|
P |
|
или DT |
P |
|
|
DR |
|
|
|
||||||||
|
DR |
2 L |
2 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
R |
|
|||||||||||
Интегрируя получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
T 2DT |
|
P |
R 2 |
|
DR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2 L |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
T 1 |
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
T T |
|
|
P |
|
LN |
R2 |
|
|
|
P |
|
|
|
LN |
R2 |
(1) |
||||||
2 L |
|
2 L (T T ) |
|
|||||||||||||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
1 |
|
Все величины входящие в эту формулу могут быть измерены. Электрическая мощность P, выделенная в нити, может быть вычислена по закону Джоуля-Ленца.
P I 2 R
где I -сила тока протекающего по нити, R-сопротивление нити (проволоки). Наибольшую трудность вызывает измерение температуры нагретой нити (T1) она
определяется по изменению сопротивления нити и может быть рассчитана по формуле
T н T к |
R |
|
R R0 |
(2) |
|
R0 |
R0 |
||||
|
|
|
где Tн – температура нити (0С)
Tк – комнатная температура (20 0С)
- температурный коэффициент сопротивления
R0 – сопротивление нити при комнатной температуре
R – сопротивление нагретой нити
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Экспериментальная установка.
Схема установки представлена на рис.3
Проволока 1 натянута между упорами 3-4 внутри трубки 2. Трубка имеет двойные стенки, между которыми циркулирует вода с заданной температурой (T2),
поддерживаемой термостатом 10 который управляется с пульта 12. Нить 1 включена в схему измерительного моста Уитстона, состоящего из магазина сопротивлений 8, гальванометра 9,нагрузочного сопротивления 7 и эталонного сопротивления 6. Параметры моста подобраны так, что при балансе моста сопротивление магазина сопротивлений в 10 раз больше сопротивления нити. При этих условиях расчетная формула для мощности, выделяемой в нити, имеет вид
10 |
|
2 |
|
||
P |
|
|
I |
R |
(3) |
|
|
||||
|
11 |
|
|
|
Вся схема подключена к блоку питания, параметры которого задаются с пульта
Технические характеристики установки: диаметр проволоки (r1) - 0,1мм внутренний диаметр трубки (r2) – 8мм
длина проволоки (нити) (l) – 0,5м материал проволоки – вольфрам
коэффициент температурного сопротивления =4,6*10-3 Ом/град
Проведение измерений
1. Включите блок питания и термостат. Установите нужные параметры.
Меняя сопротивление магазина сопротивлений 8 всегда добивайтесь того, чтобы показания гальванометра были равны нулю и после этого записывайте значение сопротивления, суммируя все показания магазина 8.
2.– по методичке
3.– по методичке
4.Для каждого набора значений предыдущего пункта рассчитать электрическую мощность P нагрева нити по формуле 3 и температуру проволоки по формуле 2.
5.По формуле 1рассчитать коэффициент теплопроводности для каждого измерения
6.Так как коэффициент теплопроводности зависит от температуры, то полученные значения коэффициента надо отнести к средней температуре
Tср T1 T2
2
7. Постройте график зависимости æ=f(Tср). Сравните полученные значения с табличными.