Теплопроводности металлического проводника методические указания к лабораторной работе по физике для студентов строительных специальностей Минск бнту 2010 удк 537. 31 (076. 5) Ббк 22. 33 я7 о 62 (стр. 3 из 3)
Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности проволочного проводника производится путем определения его активного сопротивления Rпр по методу точного измерения тока, или точного измерения напряжения, или при помощи моста постоянного тока.
Рассмотрим эквивалентную схему установки в части использования для измерения сопротивления проволоки метода точного измерения тока. Эта схема приведена на рис.2.
Рис. 2
Изменяя с помощью потенциометра П напряжение от 0 до U на исследуемом проволочном сопротивлении Rпр измеряют ток через него. По этим данным можно построить график вольт-амперной характеристики проволочного проводника I = f(U), который будет представлять собой прямую.
В соответствии с формулой (8), тангенс угла наклона этой прямой есть электропроводность Λ, а с учетом (9) котангенс есть сопротивление проводника, т.е. ctg α = ΔU/ΔI = R.
Из схемы видно, что вольтметр измеряет напряжение на последовательно соединенных сопротивлениях миллиамперметра RmA и проволоки Rпр , что в сумме составляет общее сопротивление R. Поэтому
, (11)где ΔU и ΔI находят из построенного графика I = f(U). Далее согласно (11) вычисляют Rпр.
Наконец, измерив длину проволоки l и ее диаметр d, т.е. S = = πd2/4, а также термодинамическую температуру T (T = t + 273), можно определить по формуле (10) коэффициент теплопроводности исследуемого проволочного проводника.
6. Подготовка установки к работе
1. Включить установку в сеть переменного тока напряжением 220В. Для этого вставить вилку шнура в сеть и нажать на передней панели прибора клавишу СЕТЬ.
2. Для измерения сопротивления проволоки выбрать метод точного измерения тока путем отжатия переключателя W2 и нажатия W3.
3. Выяснить цену деления электроизмерительных приборов.
7. Порядок выполнения работы
1. Измерить длину l и диаметр d исследуемого проволочного сопротивления, вычислить его площадь поперечного сечения S = = πd2/4. Значение для d можно задать.
2. Потенциометром регулировки тока P1 установить какое-то минимальное значение силы тока. Записать значения силы тока и напряжения в таблицу:
| № измерения | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| I, мA | ||||||||||
| U, B |
Вращая ручку Р1 потенциометра, выполнить десять различных измерений.
3. Сразу после завершения измерений выключить установку.
4. По данным таблицы построить график вольт-амперной характеристики проводника. Найти ctg α угла наклона прямой этой характеристики.
5. Измерить термодинамическую температуру T = t + 273.
6. Используя формулы (11) и (10), определить коэффициент теплопроводности χ исследуемого проволочного проводника. В формуле (11) RmA = 0,15 Ом.
7. Сравнить полученный результат для χ со справочными данными у нихрома (табл. 1 на стр. 6).
Вопросы к зачету
1. Объяснить характер движения молекул газов, жидкостей и твердых тел.
2. Записать и сформулировать закон Фурье.
3. В чем состоит физический смысл коэффициента теплопроводности? Какова его размерность?
4. Объяснить механизм теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел.
5. Что представляет собой фонон?
6. Записать и сформулировать закон Видемана-Франца.
7. Вывести закон Видемана-Франца, исходя из классической теории металлов.
8. Объяснить метод определения коэффициента теплопроводности проволочного проводника.
Литература
1. Яковлев, В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика / В.Ф. Яковлев. – М.: Просвещение, 1976. – § 40.
2. Детлаф, А.А. и др. Курс физики. Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский, Л.Б. Милковская. – М.: Высшая школа, 1973. – § 11.7, 15.3.
3. Кикоин, И.К. и др. Молекулярная физика / И.К. Кикоин, А.К. Кикоин. – М.: Гос. Изд-во, 1963. – § 1, стр. 333 в гл. 7; § 5, стр. 487 в гл. 9.
4. Шубин, А.С. Курс общей физики / А.С. Шубин. – М.: Высшая школа, 1976. – § 5 в гл. 8.
5. Гурский, И.П. Элементарная физика / И.П. Гурский. – М.: Наука, 1973. – § 56.
6. Позняк, В.С. Определение удельного сопротивления и удельной электропроводности проводника / В.С. Позняк. – Мн.: БНТУ, 2010. – § 5.
Учебное издание
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА
Методические указания к лабораторной работе по физике
для студентов строительных специальностей
Составители:
пОЗНЯК Владимир Сергеевич
бАРАНОВ Артур Александрович
Ответственный за выпуск Т.А. Подолякова
Компьютерная верстка Е.Л. Федорова, Е.К. Соловьева
Тираж 100 Заказ 000