Билет 60 2008 Термодинамика 2 семестр

Определение теплопроводности газов при атмосферном давлении

Если температура заключённого в сосуд газа зависит от координат, в газе возникают процессы, приводящие к выравниванию температуры. В обычных условиях среди этих процессов наибольшую роль играет конвекция. Конвекция появляется из-за из-за того, лёгкий тёплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой, если объём газа невелик или если он разбит на небольшие каналы или ячейки (из-за вязкости). При отсутствии конвекции процесс переноса тепла не прекращается. он происходит благодаря теплопроводности газа.

Стационарная теплопроводность

Если температура среды не зависит от времени, то задача является стационарной. при налиции цилиндрической симметрии, если Т зависит только от радиуса r, градиент температуры равен dT/dr и плотность теплового потока равна q = -х(каппа) dT/dr. Применим это уравнение к установке, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной на его оси. Полный тепловой поток Q получается умножением q на площадь, через которую он проходит.

Q = 2 pi r L q

Пренебрежём потерями тепла через торцы цилиндра а так же передачей излучением. Тогда Q не зависит от r. Умножим обе части уравнения на -(2 pi L x)^(-1) dr/r при постоянном х получим Т1 - Т2 = (Q/(2 pi L x)) ln(r2/r1). Здесь r1, T1 - для нити, r2, T2 - для цилиндра.

Экспериментальная установка

Температура нити Т1 определяется по изменению сопротивления. Трубка находится в кожухе, через который пропускается вода из термостата (Т2). Количество теплоты может быть найдено по закону Джоуля-Ленца (утечками тепла пренебрегаем). При этом ток в нити определяется по напряжению на включённом последовательно с ней эталонном сопротивлении 10 Ом. Из основной формулы находим х.