Определение коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой нити

Министерство  образования Российской Федерации

«Уфимский государственный  нефтяной технический университет»

Кафедра «Прикладная  химия и физика» 
 
 
 

                                                          Лабораторная   работа №1

«Определение  коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой нити» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              Выполнил: Студент гр. БПГ-10-01 Агзамов Р.

       Проверил: Саяпова Р. Г. 
 
 

                                                                   Уфа-2011

Цель  работы: научиться экспериментально определять коэффициент теплопроводности воздуха методом нагретой нити.

Приборы: лабораторный модуль, приборный модуль.

Устройство  и принцип работы:

    На  передней панели лабораторного модуля расположены: табличка I с названием  работы, корпус термостата 2, Гнезда 3 и 4 для подключения источника питания) 6 и мультиметра 7 приборного модуля, тумблер 5 для переключения объектов измерений. • » U

    Нагреваемая вольфрамовая проволока-нить 9 находится в цилиндрическом стеклянном баллоне 8 с двойными стенками. Баллон заполняется, водой для поддержания температуры стенки Т_с постоянной в течение всего опыта. Вольфрамовая проволока-нить через гнезда 3 и соединительные провода подключается к источнику постоянного тока 6 приборного модуля. Ток в вольфрамовой проволоке нити определяется по падению напряжения   V_ш на шунте Напряжение на проволоке V_H и . падение напряжения на шунте V_ш измеряются мультиметром-(вольтметром) приборного модуля 7, подключенным с по- -. мощью соединительных проводов к гнездам 4 при соответствующем положении переключателя 5. Исследуемый воздух находится внутри баллона, и при нагревании проволоки вдоль радиуса баллона создается градиент температуры. Площадь, через которую передается тепло, равна площади поверхности цилиндра, коаксиального с нагреваемой проволокой. 

Вывод расчетной формулы: 

По закону Фурье: 
 

 
где r и L - радиус и длина цилиндрической поверхности. Из (2.1) можно» определить мощность теплового потока Р ;через внутреннюю Цилиндрическую поверхность баллона: 
 
 

где r₁ - радиус вольфрамовой нити; r₂ - внутренний радиус баллона; Т_н - температура нити; Т_с - температура стенки баллона; х(Т_н) - коэффициент теплопроводности воздуха вблизи поверхности нити.

  . Увеличение электрической мощности, выделяемой в нити, на величину  dP приводит к возрастанию ее температуры на dT_H. Поэтому из следует

   Дополнительный  перенос тепловой мощности dР от нити к стенке баллона определяется только теплопроводностью слоя воздуха вблизи поверхности нити. Тогда из уравнения коэффициент теплопроводности воздуха вблизи поверхности нити равен -j 
 
 

      Температура нити определяется из соотношения

      ,c. T_н=(273,15+t_н),К 

где - - сопротивление нити при 0°с, Ом; R_н - сопротивление нити при температуре опыта, Ом; α– температурный коэффициент сопротивления материала нити. 

Дифференцируя, получим  
 

Подставляя  dT_H, получим 
 
 

Для определения производной необходимо знать зависимость, P=f(R_н), которую находят по экспериментальным данным. Мощность теплового потока P=I_нU_н находится по напряжению U_н, измеренному на нити, и току   через шунт R_ш и нить. Для определения тока I_н измеряется напряжение на шунте U_ш. Сопротивление вольфрамовой нити     вычисляется по известным значениям напряжения U_H и тока I_н. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

_{=                                                         =                                                                       P=Iн∙Uн}

_{==0,462                          ==4,242                            = 0,462*1,96= 0,905} 

_{==0,633 ==4,518 =0,633*2,86=1,81}  

_{==0,782 ==4,949 = 0,782*3,87=3,03} 

_{==0,893 ==5,431 = 0,893*4,85= 4,33} 

_{==0,995 ==5,859 = 0,995*5,85= 5,80} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

_{χ(Tн)=∙α∙∙} 
 
 

_{(Tн)=∙5,1∙∙4∙(-2,747)=∙0,0051∙4∙(-0,799)=0,02529}

_{(Tн)=∙5,1∙∙4∙(-2,747)=∙0,0051∙4∙(-0,861)=0,02731}

_{(Tн)=∙5,1∙∙4∙(-2,747)=∙0,0051∙4∙(-0,916)=0,02901}  
 

                                                          =(273,15+

==11,86 =(273,15+=285,01

==25,39 =(273,15+=298,54

==46,51 =(273,15+=319,66

==70,14 =(273,15+=343,29

==91,12 =(273,15+=364,27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет погрешностей: 

=0,0019+=0,00076 

=0,0001+=0,0000037 

=0,0018+=0,000046 
 

χ=χ±∆χ

=0,02529±0,00076

=0,02731±0,0000037 

=0,02901±0,000046 
 
 
 
 
 

Вывод: Мы научились экспериментально определять коэффициент теплопроводности воздуха методом нагретой нити.