Описание экспериментальной установки

Установка ФПТ1-3 (рис. 1.2) состоит из:

1) приборного блока БП-3 (1);

2) блока рабочего элемента РЭ-3 (2);

3) стойки (3).

Между выступающими частями панели блока РЭ-3 в текстолитовых фланцах зажата стеклянная трубка 8. По оси трубки натянута вольфрамовая нить 4 (рис. 1.2). Между панелью и кронштейном размещен вентилятор для охлаждения трубки. На панели установлены цифровой контроллер для измерения температуры блока 7, цифровой контроллер для измерения напряжения 6 и датчик температуры 5.

Рабочий участок установки показан на рис. 1.3. Вольфрамовая проволока 1 радиусом r₂ расположена на оси вертикальной стеклянной трубки 2 с внутренним радиусом r₁. Эта трубка заполнена исследуемым газом – воздухом 3.

Температура трубки в процессе эксперимента принимается постоянной, т.к. ее поверхность обдувается с помощью вентилятора потоком воздуха.

Сопротивление рабочего участка нити определяется формулой:

, (1.14)

где , (1.15)

– эталонное сопротивление, – падение напряжения на эталонном сопротивлении, и падение напряжения и сопротивление вольфрамовой нити при температуре .

3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений

1. Выписать данные установки. Нарисовать таблицу 1.1.

Длина нити = 0,402 м

Радиус нити = 32×10^{-5 м}

Внутренний радиус трубки = 13×10^{-3 м}

Температурный коэффициент сопротивления нити = 0,0041 °С^-1

Эталонное сопротивление =41 Ом

Комнатная температура = … K

Сопротивление нити (при t₁ =20⁰ С) =11Ом

Таблица 1.1

№	, В	, В	, А	, Ом	, Вт	, К	, К	, Вт/мК
	0,5

2. В модуле питания «СЕТЬ» перевести тумблер в положение «ВКЛ». При этом загорается сигнальная лампа.

3. В модуле «НАГРЕВ» перевести тумблер в положение «ВКЛ». При этом загорается сигнальная лампа.

4. Нажать кнопку (режим измерения падения напряжения на эталонном резисторе).

5. Установить рукояткой «НАГРЕВ» указанное значение напряжения (табл. 1.1). Выждать 10 минут для стабилизации теплового режима.

6. Нажать кнопку (режим измерения падения напряжения на нити) и записать показания цифрового индикатора в таблицу.

7. Повторить п.п. 4–6 для всех указанных значений .

8. После окончания измерений вывести ручку «НАГРЕВ» в крайнее левое положение.

9. На основании формулы (1.15) для каждого значения рассчитать соответствующее ему значение , а затем по формуле (1.14) определить величину сопротивления нити . Полученные данные записать в таблицу.

10. Из (1.10) на основании опытных данных найти значения .

11. Используя формулу (1.8), рассчитать тепловую мощность, выделяемую при прохождении электрического тока по вольфрамовой нити для каждого его значения. Результаты записать в таблицу.

12. По формуле (1.7) рассчитать величину для каждого из полученных значений .

13. Построить график зависимости .

14. Рассчитать погрешности полученных значений .

15. Сравнить полученные результаты с табличными данными.

16. Рассчитать мощность излучения вольфрамовой нити, используя соотношение (1.13), и сравнить ее с тепловой мощностью . Сделать вывод о необходимости учета тепла, передаваемого нитью посредством теплового излучения.

Контрольные вопросы

1. Какие процессы в термодинамических системах называют явлениями переноса? Какие явления переноса вы знаете?

2. Что такое теплопроводность? Каков механизм теплопроводности в газах? Объясните это явление с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

3. Запишите закон Фурье для теплопроводности и дайте определение всем параметрам, входящим в него.

4. Каков физический смысл градиента температуры? Укажите направление вектора градиента температуры.

5. Какой физический смысл имеет коэффициент теплопроводности? От чего он зависит?

6. Что такое поток тепла, как он направлен?

7. Покажите на рисунке 1.3 направления потока тепла и градиента температуры.

8. Выведите рабочую формулу (1.7). Что надо знать, чтобы рассчитать коэффициент теплопроводности?

9. Как в данной работе определяются температура, сопротивление и тепловая мощность вольфрамовой нити при изменении тока в цепи? Как зависит сопротивление нити от температуры?

10. Укажите основные источники погрешностей измерений.

11. Сформулируйте закон Стефана–Больцмана?

12. Как можно оценить количество тепла, отдаваемого нитью за счет излучения?

13. Объясните молекулярно-кинетический смысл температуры.