Теплопроводность металлов. Разработка лабораторной работы
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
Оглавление
Введение
Глава 1. Теплопроводность металлов
.1 Закон Фурье
.2 Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества
.3 Объяснение теплопроводности металлов
Глава 2. Методы определения теплопроводности металлов
.1 Классификация методов измерения теплопроводности
.2 Калориметрический метод
.3 Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности металла
Глава 3. Лабораторная работа Определение коэффициента теплопроводности металлов
.1 Общие принципы лабораторных исследований
.2 Описание методических рекомендаций к выполнению лабораторной работы Определение коэффициента теплопроводности металлов
.3 Лабораторная работа Определение коэффициента теплопроводности металла
Заключение
Библиографический список
Введение
Определение коэффициента теплопроводности металлов играет важную роль в некоторых областях, например в металлургии, радиотехнике, машиностроении, строительстве. В настоящее время существует множество различных методов, с помощью которых можно определить коэффициент теплопроводности металлов.
Данная работа посвящена изучению основного свойства металлов - теплопроводности, а также изучению методов исследования теплопроводности.
Объектом исследования является теплопроводность металлов, а так же различные методы лабораторных исследований.
Предмет исследования - коэффициенты теплопроводности металлов.
Планируемый результат - постановка лабораторной работы Определение коэффициента теплопроводности металлов на основе калориметрического метода.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучение теории теплопроводности металлов;
изучение методов определения коэффициента теплопроводности;
подбор лабораторного оборудования;
экспериментальное определение коэффициента теплопроводности металлов;
постановка лабораторной работы Определение коэффициента теплопроводности металлов.
Работа состоит из трёх глав, в которых раскрыты поставленные задачи.
Глава 1.Теплопроводность металлов
.1 Закон Фурье
Теплопроводность - это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).[9]
Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела.
Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье. Согласно этому закону количество тепла dQ, передаваемое посредством теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время d? прямо пропорционально температурному градиенту , поверхности dF и времени d?. [8]
(1)
Коэффициент пропорциональности ? называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности - теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.
Знак минус в формуле (1) указывает на то, что теплота передается в направлении уменьшения температуры.
Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через единицу изотермической поверхности, называется тепловым потоком:
(2)
Закон Фурье применим для описания теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел, различие будет только в коэффициентах теплопроводности.[8]
1.2 Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества
Коэффициент теплопроводности - теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.
Коэффициент теплопроводности - количество теплоты, проходящее в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно grad t.
Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен и зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Эти обстоятельства должны учитываться при использовании справочных таблиц.
Наибольшее значение имеет коэффициент теплопроводности металлов, для которых . Наиболее теплопроводным металлом является серебро , затем идут чистая медь , золото , алюминий и т.д. Для большинства металлов рост температуры приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности. Эта зависимость может быть приближенно аппроксимирована уравнением прямой линии
(3)
здесь ?, ?0 - соответственно коэффициенты теплопроводности при данной температуре t и при 00C, ? - температурный коэффициент. Коэффициент теплопроводности металлов очень чувствителен к примесям.
Например, при появлении в меди даже следов мышьяка её коэффициент теплопроводности снижается с 395 до 142; для стали при 0,1 % углерода ? = 52 , при 1,0 % - ? = 40 , при 1,5 % углерода ?=36 .
На коэффициент теплопроводности влияет и термическая обработка. Так, у закаленной углеродистой стали ? на 10 - 25% ниже, чем у мягкой. По этим причинам коэффициенты теплопроводности торговых образцов металла при одинаковых температурах могут существенно различаться. Следует отметить, что для сплавов, в отличие от чистых металлов, характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. К сожалению, установить какие - либо общие количественные закономерности, которым подчиняется коэффициент теплопроводности сплавов,