Dielektrikų šiluminio laidumo koeficiento nustatymas

Tikslas išmatuoti dielektriko šiluminio laidumo koeficient¹.

Priemonės dielektriko šiluminio laidumo koeficiento matavimo kalorimetriniu metodu įrenginys , dielektriko plokštelė, slankmatis, sekundometras, menzūra.

Darbo metodika ir pagrindinės formulės

Šiluminź energij¹ dielektrikuose perneša kristalinės gardelės svyravimai. Padidinus dielektriko temperatūr¹,padidėja atomų svyravimo amplitudė. Dėl atomų tarpusavio s¹veikos svyravimo energija perduodama gretimiems atomams, pastarųjų kitiems itt., - kietajame kūne plinta tampriosios bangos, pernešančios šiluminź energij¹. Šių bangų plitimo dėsningumus aprašo kvantinė bangų s¹veikos su kristalinės gardelės svyravimais teorija. Empiriškai dielektrikų šiluminis laidumas aprašomos Furjė dėsniu. Jei dielektrike išilgai x ašies yra temperatūros gradientas , tai šilumos kiekis Q, perneštas per plot¹ S, statmen¹ x-sų ašiai, per laik¹ t, yra proporcingas temperatūros gradientui x-sų ašies kryptimi   plotui S ir laikui t:   (1)

čia x – šiluminio laidumo koeficientas. Minus ženklas rodo, kad šiluma pernešama temperatūros mažėjimo kryptimi.

Išmatavź Q, S, t, ir temperatūros gradient¹, galime apskaičiuoti šiluminio laidumo koeficient¹ .

Atliekant bandym¹ iš garintuvo 1, vandens garai nenutrūkstamai leidžiami į kaitintuv¹ 2, tuo palaikant pastovi¹ jo sienelių temperatūr¹, lygi¹ garų temperatūrai, tai yra 373 K (kaitintuv¹ galima kaitinti ir kitais būdais). Ant viršutinės kaitintuvo sienelės dedamas tiriamos medžiagos pavyzdys 3, o ant jo –kalorimetras 4 su vandeniu. Kalorimetre 4 įtaisytas termometras 5 ir maišiklis 6. Kalorimetras ė ir kaitintuvas yra termiškai izoliuoti nuo vandeniu. Pagal (1) formulź, per labai maž¹ laiko tarp¹ dT per dielektriko sluoksnį pereis mažas šilumos kiekis

(2)

Čia To – kaitintuvo temperatūra, T – kalorimetro su vandeniu temperatūra, Δx – dielektriko bandinio storis, S – kalorimetro dugno plotas. Per laiko tarp¹ dt kalorimetras su vandeniu gaus tokį pat šilumos kiekį

(3)

Čia m_{1 –} vandens masė kalorimetre, c₁ – vandens specifinė šiluma. m₂ – kalorimetro masė, c₂ – kalorimetro medžiagos specifinė šiluma. dT – kalorimetro ir jame esančio vandens temperatūros pokytis. Sulyginź (2) su (3), atskyrź kintamuosius ir suintegravź,, išreiškiame χ:

(4)

Pagal t¹ formulź apskaičiuojame dielektriko šiluminio laidumo koeficient¹ χ.

Paklaidos skaičiavimo formulė:

(5)

Darbo eiga:

Įjungiame garintuvo kaitintuv¹.

Pasveriame ir nustatome kalorimetro su maišikliu ir vandens, esančio kalorimetre, mases.

Slankmačiu išmatuojame dielektriko bandinio storį Δx.

Surenkame įrenginį ir laukiame, kol kaitintuvo temperatūra pasieks vandens garų temperatūr¹.

Išmatuojame kalorimetro pradine temperatūra T₁ ir įjungiame sekundometr¹ (matavimo laik¹ nurodo dėstytojas)

Pasibaigus matavimo laikui, užfiksuojame galutinź kalorimetro su vandeniu temperatūr¹ T₂.

Pagal (4) formulź apskaičiuojame χ.

Apskaičiuojame paklaid¹.

Skaičiavimai:

m₁= 0,3713 kg

m₂= 0,13kg

Δx= 0,0045m

c₁= 4190

c₂=390

S=4,41·10^-3 m²

T₀=373 K

T₁=300 K

T₂=304 K

τ= 840 s

pagal (4) formulź apskaičiavź dielektriko šiluminio laidumo koeficient¹ gavome

<χ>=0,22

pagal (5) formulź

χ=<χ>+Δχ=(0,22±0,01)

Išvados: gautus rezultatus paliginź su šilumos laidumo koeficientu lentele nustatome, kad mūsų tirtojo kūno šiluminio laidumo koeficientas yra artimas kietojo kartono šiluminiam koeficientui.

Naudota literatūra:

N.Astrauskienė, R.Bendorius, A.Bogdanovičius ir k.t. Mechanika, termodinamika, nuolatinė elektros srovė. Fizikos laboratoriniai darbai. – V.: „Technika“, 1996. p.76 – 78;