Молекулярная физика. Определение коэффициента теплопроводности методом нагретой нити. Чернышев В.В. - 3 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Определение коэффициента теплопроводности
методом нагретой нити
Цель работы – изучение теплопроводности воздуха как одного из яв-
лений переноса в газах.
ТЕОРИЯ МЕТОДА
Распространение теплоты в газах осуществляется тремя способами:
тепловым излучением (перенос энергии электромагнитными волнами),
конвекцией (перенос энергии за счет перемещения слоев газа в простран-
стве из областей с более высокой температурой в области с более низкой
температурой) и теплопроводностью.
Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретого
слоя газа к менее нагретому за счет хаотичного теплового движения моле-
кул. При теплопроводности осуществляется непосредственная передача
энергии от молекул с большей энергией к молекулам с меньшей энергией.
Для стационарного процесса, при котором разность температур в слое газа
не изменяется со временем, количество теплоты δQ, которая переносится
вследствие теплопроводности за время dτ через поверхность площадью S,
перпендикулярную к направлению переноса энергии, в направлении
уменьшения температуры, определяется по закону Фурье:
δχ
dT
Q
dx
=− τSd
, (1)
где χ – коэффициент теплопроводности; dT / dx – градиент температуры.
Для идеального газа
1
χρλ
3
v
Vc
=
〈〉 , (2)
где ρ – плотность газа;
λ – средняя длина свободного пробега молекулы;
〈V〉 – средняя арифметическая скорость теплового движения молекул:
8
πμ
R
T
V〈〉=
;
с
v
– удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.
Рассмотрим два коаксиальных цилиндра, пространство между кото-
рыми заполнено газом. Если внутренний цилиндр нагревать, а температуру
наружного цилиндра поддерживать постоянной, ниже температуры нагре-
вателя, то в кольцевом слое газа возникает радиальный поток теплоты, на-
правленный от внутреннего цилиндра к наружному. При этом температура
3
                      ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

            Определение коэффициента теплопроводности
                      методом нагретой нити

    Цель работы – изучение теплопроводности воздуха как одного из яв-
лений переноса в газах.

                            ТЕОРИЯ МЕТОДА

    Распространение теплоты в газах осуществляется тремя способами:
тепловым излучением (перенос энергии электромагнитными волнами),
конвекцией (перенос энергии за счет перемещения слоев газа в простран-
стве из областей с более высокой температурой в области с более низкой
температурой) и теплопроводностью.
    Теплопроводность – это процесс передачи теплоты от более нагретого
слоя газа к менее нагретому за счет хаотичного теплового движения моле-
кул. При теплопроводности осуществляется непосредственная передача
энергии от молекул с большей энергией к молекулам с меньшей энергией.
Для стационарного процесса, при котором разность температур в слое газа
не изменяется со временем, количество теплоты δQ, которая переносится
вследствие теплопроводности за время dτ через поверхность площадью S,
перпендикулярную к направлению переноса энергии, в направлении
уменьшения температуры, определяется по закону Фурье:
                                         dT
                            δQ = − χ        Sd τ ,                    (1)
                                         dx
где χ – коэффициент теплопроводности; dT / dx – градиент температуры.
     Для идеального газа
                                    1
                               χ = ρ 〈V 〉 λ c v ,                     (2)
                                    3
где ρ – плотность газа;
     λ – средняя длина свободного пробега молекулы;
     〈 V 〉 – средняя арифметическая скорость теплового движения молекул:
                                          8 RT
                                〈V 〉 =         ;
                                           πμ
    сv – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.
    Рассмотрим два коаксиальных цилиндра, пространство между кото-
рыми заполнено газом. Если внутренний цилиндр нагревать, а температуру
наружного цилиндра поддерживать постоянной, ниже температуры нагре-
вателя, то в кольцевом слое газа возникает радиальный поток теплоты, на-
правленный от внутреннего цилиндра к наружному. При этом температура

                                    3

Страницы