Studi konduktivitas termal. Studi tentang konduktivitas termal kain lungsin tergantung pada ketebalannya dan komposisi serat benang pakan. Fakta menarik tentang konduktivitas termal

Konduktivitas termal -- karakteristik kinerja lapisan isolasi termal. Selain menghemat logam dasar, pelapis ini juga dapat mengurangi kehilangan panas dan melindungi logam dasar dari pengaruh aliran panas.

Metode stasioner untuk menentukan konduktivitas termal telah tersebar luas, di mana suhu pada titik-titik tertentu dari lapisan, meskipun berbeda, tetapi tidak berubah selama penelitian, dipertahankan ketika lapisannya diarahkan tegak lurus terhadap aliran panas yang lewat.

Metode-metode ini dibagi menjadi absolut dan relatif. Dalam metode kelompok pertama, suhu titik mana pun pada lapisan hanya bergantung pada posisinya, tetapi tidak pada waktu. Mengetahui distribusi suhu pada lapisan dan jumlah panas yang dipindahkan, konduktivitas termal dapat dihitung.

Metode relatif membandingkan medan suhu pada lapisan yang diteliti dan bahan acuan yang dipelajari sebelumnya, misalnya kaca kuarsa merek KV.

Konduktivitas termal tidak dinilai secara langsung, tetapi ditentukan dengan perhitungan ulang, membandingkannya dengan standar.

Beras. 2.6.1. Instalasi untuk menentukan konduktivitas termal pelapis menggunakan metode absolut:

1 - pemanas; 2 - Sampel; 3 - oven listrik; 4 - potensiometer KSP4; 5 - unit relai BR101; 6 - blok tugas BZ-02; 7 - sampel balasan; 8 - termos; 9 - kaca bagian dalam termos

Pengaturan untuk memperkirakan konduktivitas termal menggunakan metode stasioner absolut ditunjukkan pada Gambar. 2.6.1.

Untuk menciptakan aliran panas pada sistem penghitung sampel pelapis logam dasar, digunakan tungku listrik berbentuk tabung, yang di dalamnya terdapat pemanas (spiral) sehingga sampel dipanaskan hanya di bagian atas tungku, di mana terdapat pemanas spiral, sedangkan di bagian bawah terdapat insulasi termal asbes dan konverter termal untuk mengukur suhu sampel sepanjang panjangnya.

Termos yang diperlukan untuk mendinginkan sampel penghitung dan menentukan fluks panas yang melewati lapisan terdiri dari dua gelas berinsulasi.

Air disuplai ke kaca bagian dalam.

Suhu air di saluran masuk dan keluar termos dapat diukur dengan konverter termal tembaga-konstantan. Untuk memastikan kontak yang cukup antara permukaan ujung kerja sampel penghitung dan sampel, gaya diterapkan pada sampel tersebut R tidak kurang dari 500 N.

Konduktivitas termal ditentukan pada setidaknya tiga sampel dengan ukuran yang sama, dengan struktur yang identik dan ketebalan lapisan yang sama, yang diterapkan pada waktu yang sama. modus teknologi pada permukaan ujung sampel (Gbr. 2.6.2).

Beras. 2.6.2 Sampel untuk uji konduktivitas termal

Untuk setiap sampel di setiap titik, setidaknya tiga suhu ditentukan setiap 20 menit.

Pada saat yang sama, suhu air di saluran masuk dan saluran keluar dicatat.

Setelah memastikan pemanasan sampel yang diperlukan dan aliran panas stasioner, pembacaan dari semua konverter termal dapat dilakukan.

Untuk setiap sampel di setiap titik, setidaknya tiga suhu ditentukan setiap 20 menit. Pada saat yang sama, suhu air di saluran masuk dan saluran keluar dicatat.

Beras. 2.6.3 Distribusi suhu dalam sistem sampel penghitung lapisan logam dasar sepanjang:

1 - sampel tandingan; 2 - lokasi pemasangan konverter termal; 3 - logam dasar; 4 - lapisan

Berdasarkan hasil penelitian, dibuat grafik distribusi temperatur pada sistem counter-sample pelapisan logam dasar (Gbr. 2.6.3). Dengan menggunakan grafik, suhu di bagian dalam dan permukaan luar penutup. Konduktivitas termal, W/(m-K) dihitung dengan rumus:

Di mana Q -- fluks panas melewati lapisan, W; C= 4,19- -- kapasitas kalor jenis air, J/(kgK); V -- laju aliran massa air yang melewati termos, kg/s; - kenaikan suhu air dalam termos, °C; -- suhu air di saluran masuk dan keluar termos, °C; S -- luas cakupan, m2; -- suhu pada permukaan dalam dan luar lapisan, °C.

Instalasi lain untuk menilai konduktivitas termal menggunakan metode absolut juga diketahui. Jadi, V.M. Ivanov dkk. mempelajari sifat termofisik lapisan plasma aluminium oksida dan zirkonium dioksida yang dipisahkan dari logam dasar menggunakan instalasi yang ditunjukkan pada Gambar. 2.6.4. Benda uji berbentuk silinder panjang 100 mm dengan tebal dinding 1 mm dipasang sedemikian rupa sehingga salah satu ujungnya dipanaskan dari pemanas listrik atas, dan ujung lainnya berada dalam lelehan eutektik. Perangkat keamanan, layar, insulasi serat silika, kemampuan untuk mengukur aliran panas dalam jangka waktu yang relatif lama - semua ini menghilangkan ketidakakuratan dalam memenuhi kondisi stasioneritas. Gradien suhu ditentukan oleh konverter termal.

Beras. 2.6.4 Instalasi pengukuran konduktivitas termal pelapis menggunakan metode absolut pada sampel silinder:

1 - sampel uji; 2 - alat keamanan; 3 - layar; 4- pemanas; 5- pencairan eutektik; 6- isolasi termal; 7-termokopel

Dalam karya T.B. Buzovkin dkk. Konduktivitas termal pelapis ditentukan dengan menggunakan metode pengukuran relatif. Dalam hal ini, penyederhanaan dicapai dengan membandingkan bidang suhu pada lapisan yang diteliti dan lapisan referensi. Materi yang dipelajari sebelumnya dipilih sebagai standar. Fluks panas total diukur menggunakan sampel referensi. Saat menilai konduktivitas termal pelapis, standarnya adalah kuarsa leburan dengan konduktivitas termal yang ditentukan berulang kali. Ini sangat stabil dan dapat beroperasi pada kisaran suhu 100 hingga 1700 K.

Dalam pengaturan eksperimental (Gbr. 2.6.5), sampel disk dengan ketebalan 3-4 mm dan diameter 23-25 ​​​​mm dipasang di antara standar kuarsa yang menyatu.

Beras. 2.6.5 Instalasi untuk mengukur konduktivitas termal menggunakan metode relatif:

1 - Sampel; 2 - standar (kuarsa leburan); 3 - konverter termal; 4 - batang anal; 5- lemari es; 6- tutup; 7- muatan; 8- cincin

Sampel dibuat dari lapisan yang dipisahkan dari logam dasar, digiling pada kedua sisinya. Konduktivitas termal diukur dalam kondisi pemanasan radiasi dari batang anal. Untuk mengurangi pembuangan panas secara radial, sistem sampel dan cakram kuarsa dikelilingi oleh tiga cincin konsentris pelindung dari semen asbes dan timbunan kembali pasir kuarsa. Perbedaan suhu dalam keadaan stabil dicatat oleh empat termokopel platina-platinum-rhodium. Sistem sampel dan termokopel ditempatkan pada pendingin tembaga dan ditekan dengan beban untuk mengurangi resistansi kontak transisi antara sampel, standar, dan termokopel. Isolasi termal dengan ketentuan selisih antara nilai aliran panas melalui sampel acuan pertama dan kedua tidak lebih dari 4%. Untuk interval 200–900 °C, kurva konduktivitas termal versus suhu dibuat dan pengaruh retakan mikro, titik kontak antar partikel, ukuran partikel, dan parameter struktural lainnya pada konduktivitas termal dianalisis menggunakan komputer.

lapisan kekerasan rockwell

Topik: Belajar fenomena konduktivitas termal"

Relevansi: Saat ini, material baru sedang dikembangkan. Pengetahuan tentang konduktivitas termal berbagai zat memungkinkan tidak hanya penggunaannya secara luas, tetapi juga untuk mencegahnya efek berbahaya dalam kehidupan sehari-hari, teknologi dan alam.

Target: mempelajari fenomena konduktivitas termal dengan melakukan serangkaian percobaan pada benda padat, cair, dan gas.

Tugas:

Pelajari materi teori tentang masalah ini;

Selidiki konduktivitas termal padatan;

Selidiki konduktivitas termal cairan;

Selidiki konduktivitas termal gas;

Menarik kesimpulan tentang hasil yang diperoleh.

Hipotesa: Semua zat (padat, cair dan gas) memiliki konduktivitas termal yang berbeda.

Peralatan: lampu alkohol, tripod, tongkat kayu, batang kaca, kawat tembaga, tabung reaksi dengan air.

Unsur bahan ajar untuk buku teks: buku teks “Fisika. kelas 8 "

Energi internal, seperti jenis energi lainnya, dapat ditransfer dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Energi dalam dapat dipindahkan dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya. Jadi, misalnya salah satu ujung paku dipanaskan dalam nyala api, maka ujung lainnya yang terletak di tangan lambat laun akan memanas dan membakar tangan. Fenomena perpindahan energi dalam dari satu bagian benda ke bagian lain atau dari satu benda ke benda lain melalui kontak langsung disebut konduktivitas termal.

Mari kita pelajari fenomena ini dengan melakukan serangkaian percobaan pada benda padat, cair, dan gas.

Video: https://cloud. surat. ru/publik/JCFY/CFTcCeqhE

Pengalaman 1 . Mempelajari konduktivitas termal zat padat dengan menggunakan contoh batang kayu, batang kaca, dan batang tembaga.

Mari kita akhiri masalah ini tongkat kayu. Ini akan menyala.

Kesimpulan: kayu memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Mari kita arahkan ujung batang kaca tipis ke nyala lampu alkohol. Setelah beberapa saat akan memanas, tetapi ujung lainnya akan tetap dingin.

Kesimpulan: kaca memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Jika kita memanaskan ujung batang logam dalam nyala api, maka seluruh batang akan segera menjadi sangat panas. Kami tidak lagi dapat memegangnya di tangan kami.

Kesimpulan: logam menghantarkan panas dengan baik, yaitu memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Perak dan tembaga memiliki konduktivitas termal tertinggi.

Perhatikan perpindahan panas dari satu bagian padat ke yang lain pada pengalaman berikutnya. Kami memasang salah satu ujung kawat tembaga tebal di tripod. Kami menempelkan beberapa paku ke kawat dengan lilin (Gbr. 6). Jika ujung kawat yang bebas dipanaskan dalam nyala lampu alkohol, lilin akan meleleh. Anyelir secara bertahap akan mulai rontok. Pertama, yang lebih dekat dengan nyala api akan menghilang, lalu sisanya secara bergantian.

https://pandia.ru/text/80/351/images/image003_62.jpg" alt="img8_7" align="left" width="216" height="176 src=">!}

Pengalaman 3. Studi konduktivitas termal gas.

Mari kita pelajari konduktivitas termal gas.
Letakkan tabung reaksi kering di jari Anda dan panaskan secara terbalik di dalam nyala lampu alkohol (Gbr. 8). Jari tidak akan terasa panas dalam waktu lama. Hal ini disebabkan jarak antar molekul gas bahkan lebih besar dibandingkan jarak antara molekul cair dan padat.

Kesimpulan: Konduktivitas termal gas bahkan lebih kecil dibandingkan konduktivitas termal cairan. Jadi, konduktivitas termalnya adalah zat yang berbeda berbeda.

Kesimpulan dan diskusi

Kesimpulan: Eksperimen menunjukkan bahwa konduktivitas termal berbagai zat berbeda. Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi, cairan memiliki konduktivitas termal rendah, dan gas memiliki konduktivitas termal terendah.

Dengan menggunakan §4 buku teks fisika kelas 8, kami sajikan hasilnya dalam bentuk tabel:

Penjelasan fenomena konduktivitas termal dari sudut pandang kinetik molekul: konduktivitas termal adalah perpindahan energi dari satu bagian tubuh ke bagian lain, yang terjadi selama interaksi molekul atau partikel lain. Dalam logam, partikel-partikelnya terletak berdekatan dan terus-menerus berinteraksi satu sama lain. Kecepatan gerak osilasi di bagian logam yang dipanaskan meningkat dan dengan cepat ditransmisikan ke partikel di sekitarnya. Suhu bagian kawat selanjutnya meningkat. Dalam cairan dan gas, molekul terletak pada jarak yang lebih jauh dibandingkan logam. Di ruang yang tidak terdapat partikel, konduksi termal tidak dapat terjadi.

Fakta Menarik tentang konduktivitas termal

Apakah hewan berduri itu hangat di dalam jarum?

Wol tidak hanya menyelamatkan hewan dari hawa dingin, tetapi juga berfungsi sebagai alat perlindungan. Dan untuk membuat perlindungan lebih mengesankan dan andal, garis rambut terkadang dimodifikasi, berubah menjadi semacam pelindung. Jarum misalnya. Namun apakah pakaian seperti itu tetap mempertahankan sifat alami wol, dan bukankah landak dan landak merasa kedinginan karena bulunya yang berduri?

Para ilmuwan dari Institut Ekologi dan Evolusi dinamai demikian. RAS telah mempelajari secara menyeluruh penghantar panas dan sifat isolasi termal duri diambil dari punggung landak jantan dewasa Amerika Utara dari koleksi Museum Zoologi Universitas Negeri Moskow, dan kami yakin bahwa duri ini sangat panas. Untuk mengerti struktur internal jarum, dibuat potongan tipis, yang disemprot dengan emas untuk diperiksa di bawah mikroskop elektron. Keratin, komponen utama jarum suntik, menghantarkan panas 10 kali lebih baik daripada udara. Dan berkat ini, jarum meningkatkan konduktivitas termal dari "baju besi". Akibatnya kehilangan panas dari tubuh hewan pun meningkat. Namun, struktur berpori internal dari jarum menciptakan perisai tambahan terhadap radiasi termal, yang kemungkinan besar mengkompensasi peningkatan konduktivitas termal. Jadi landak, seperti hewan berduri lainnya, tidak menderita kedinginan sama sekali. Penutup berduri mempertahankan jumlah panas yang dibutuhkan oleh hewan berdarah panas sebesar ini.

Polipropilena- masih di sana dasar yang lebih baik untuk bahan (serat, benang, benang, linen, kain) yang digunakan dalam produksi pakaian olahraga, pakaian dalam termal, dan kaus kaki termal. Di antara semua bahan sintetis yang digunakan di area ini, bahan ini memiliki konduktivitas termal terendah. Oleh karena itu, pakaian yang terbuat dari polipropilen memungkinkan jalan terbaik tetap hangat di musim dingin dan sejuk di musim panas.

Bahan mana yang paling banyak konduktivitas termal yang tinggi?

Bahan dengan konduktivitas termal tertinggi bukanlah logam apa pun (perak atau tembaga), seperti yang diperkirakan banyak orang. Konduktivitas termal tertinggi dimiliki oleh bahan yang mirip dengan kaca - berlian. Konduktivitas termalnya hampir 6 kali lebih besar dibandingkan perak atau tembaga. Jika Anda membuat satu sendok teh dari berlian, Anda tidak akan bisa menggunakannya karena jari Anda akan langsung terbakar.

Tiang pancang terbuat dari apa saat membangun bangunan di daerah dengan lapisan es?

Amblesnya pondasi menyebabkan kesulitan besar bagi para pembangun bangunan, terutama di daerah dengan lapisan es. Rumah sering retak akibat mencairnya tanah di bawahnya. Fondasi memindahkan sebagian panas ke tanah. Oleh karena itu, bangunan mulai dibangun panggung. Dalam hal ini, panas hanya berpindah melalui konduktivitas termal dari pondasi ke tiang dan selanjutnya dari tiang ke tanah. Tumpukan harus terbuat dari apa? Ternyata tumpukannya terbuat dari bahan yang tahan lama bahan keras, bagian dalamnya harus diisi minyak tanah. Di musim panas, tumpukan tersebut menghantarkan panas dari atas ke bawah dengan buruk, karena cairan memiliki konduktivitas termal yang rendah. Di musim dingin, tumpukan, karena konveksi cairan di dalamnya, sebaliknya akan berkontribusi pada pendinginan tambahan pada tanah.

“Bola tahan api”……………………………………….

Balon biasa, yang diisi udara, mudah terbakar dalam nyala lilin. Itu segera meledak. Jika Anda membawa bola yang sama berisi air ke nyala lilin, bola itu menjadi “tahan api”. Konduktivitas termal air 24 kali lebih besar dibandingkan udara. Artinya air menghantarkan panas 24 kali lebih cepat dibandingkan udara. Sampai air di dalam bola menguap, bola tidak akan pecah.

Teks karya diposting tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap pekerjaan tersedia di tab "File Kerja" dalam format PDF

1. Perkenalan.

Proyek ini dirancang sesuai dengan standar rata-rata pendidikan umum dalam fisika. Saat menulis proyek ini, kami mempertimbangkan studi tentang fenomena termal dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi. Selain materi teori perhatian besar diberikan pekerjaan penelitian- ini adalah eksperimen yang menjawab pertanyaan “Dengan cara apa energi internal suatu benda dapat diubah”, “Apakah konduktivitas termal zat yang berbeda sama”, “Mengapa pancaran udara atau cairan hangat naik ke atas”, “Mengapa apakah benda dengan permukaan gelap menjadi lebih panas”; pencarian dan pengolahan informasi, foto Waktu pengerjaan proyek: 1 - 1,5 bulan Tujuan proyek:* implementasi praktis pengetahuan tentang fenomena termal yang tersedia untuk anak sekolah; * pembentukan keterampilan mandiri kegiatan penelitian;* pengembangan minat kognitif; * pengembangan pemikiran logis dan teknis; * pengembangan kemampuan untuk secara mandiri memperoleh pengetahuan baru dalam bidang fisika sesuai dengan kebutuhan dan minat hidup;

2. Bagian utama.

2.1. Bagian teoritis

Dalam kehidupan, fenomena termal sebenarnya kita jumpai setiap hari. Namun, kita tidak selalu berpikir bahwa fenomena tersebut dapat dijelaskan jika kita mengetahui fisika dengan baik. Dalam pelajaran fisika, kita belajar tentang cara mengubah energi dalam: perpindahan panas dan usaha yang dilakukan pada suatu benda atau benda itu sendiri. Ketika dua benda bersentuhan suhu yang berbeda terjadi perpindahan energi dari tubuh dengan lebih banyak suhu tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Proses ini akan terus berlanjut hingga suhu benda sama (terjadi kesetimbangan termal). Di mana pekerjaan mekanis belum selesai. Proses perubahan energi dalam tanpa melakukan usaha pada benda atau benda itu sendiri disebut pertukaran panas atau perpindahan panas. Selama perpindahan panas, energi selalu berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas. Proses sebaliknya tidak pernah terjadi secara spontan (dengan sendirinya), yaitu perpindahan panas tidak dapat diubah. Pertukaran panas menentukan atau menyertai banyak proses di alam: evolusi bintang dan planet, proses meteorologi di permukaan bumi, dll. Jenis perpindahan panas: konduktivitas termal, konveksi, radiasi.

Konduktivitas termal adalah fenomena perpindahan energi dari bagian tubuh yang lebih panas ke bagian tubuh yang kurang panas sebagai akibat dari pergerakan termal dan interaksi partikel-partikel penyusun tubuh.

Logam memiliki konduktivitas termal tertinggi - ratusan kali lebih besar daripada air. Pengecualiannya adalah merkuri dan timbal, tetapi bahkan di sini konduktivitas termalnya puluhan kali lebih besar daripada air.

Saat menurunkan jarum rajut logam ke dalam gelas dengan air panas tak lama kemudian ujung jarum rajut juga menjadi panas. Akibatnya, energi internal, seperti jenis energi lainnya, dapat ditransfer dari satu benda ke benda lain. Energi dalam dapat dipindahkan dari satu bagian tubuh ke bagian tubuh lainnya. Jadi, misalnya salah satu ujung paku dipanaskan dalam nyala api, maka ujung lainnya yang terletak di tangan lambat laun akan memanas dan membakar tangan.

2.2. Bagian praktis.

Mari kita pelajari fenomena ini dengan melakukan serangkaian percobaan pada benda padat, cair, dan gas.

Pengalaman No.1

Mereka mengambil berbagai benda: satu sendok aluminium, satu lagi kayu, sepertiga plastik, keempat paduan tahan karat, dan kelima perak. Kami menempelkan klip kertas ke setiap sendok dengan tetes madu. Kami menempatkan sendok dalam segelas air panas sehingga pegangan dengan klip kertas menonjol ke arah yang berbeda. Sendok akan memanas dan saat memanas, madu akan meleleh dan klip kertas akan terlepas.

Tentu saja sendoknya harus sama bentuk dan ukurannya. Jika pemanasan terjadi lebih cepat, logam tersebut menghantarkan panas lebih baik dan lebih konduktif terhadap panas. Untuk percobaan ini saya mengambil segelas air mendidih dan empat jenis sendok: aluminium, perak, plastik dan stainless. Saya menjatuhkannya satu per satu ke dalam gelas dan mencatat waktunya: berapa menit yang diperlukan untuk memanaskannya. Inilah yang saya dapatkan:

Kesimpulan: sendok yang terbuat dari kayu dan plastik membutuhkan waktu lebih lama untuk memanas dibandingkan sendok yang terbuat dari logam, yang berarti logam memiliki konduktivitas termal yang baik.

Pengalaman No.2

Mari kita bawa ujung tongkat kayu ke dalam api. Ini akan menyala. Ujung tongkat yang lain, yang terletak di luar, akan terasa dingin. Artinya kayu memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Mari kita arahkan ujung batang kaca tipis ke nyala lampu alkohol. Setelah beberapa waktu akan memanas, tetapi ujung lainnya akan tetap dingin. Akibatnya, kaca juga memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Jika kita memanaskan ujung batang logam dalam nyala api, maka seluruh batang akan segera menjadi sangat panas. Kami tidak lagi dapat memegangnya di tangan kami.

Artinya logam menghantarkan panas dengan baik, yaitu memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Di negara bagian go-ri-zon-tal-tapi rod-zhen diamankan. Pada batang, melalui ruang satu-ke-satu, kancing logam dipasang dengan lilin.

Tempatkan lilin di dekat tepi batang. Saat ujung batang memanas, batang secara bertahap memanas. Ketika panas mencapai tempat paku menempel pada batang, tiang akan meleleh dan paku akan jatuh. Kita melihat bahwa dalam percobaan ini tidak ada perpindahan zat, dan oleh karena itu, terdapat panas melalui air.

Pengalaman No.3

Logam yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda. DI DALAM kantor fisik Ada instrumen yang dapat digunakan untuk memverifikasi bahwa berbagai logam memilikinya konduktivitas termal yang berbeda. Namun, di rumah kami dapat memverifikasinya menggunakan perangkat buatan sendiri.

Perangkat tampilan konduktivitas termal yang berbeda padatan.

Kami telah membuat perangkat untuk menunjukkan perbedaan konduktivitas termal padatan. Untuk ini kami menggunakan toples kosong alumunium foil, dua buah cincin karet (buatan sendiri), tiga buah kawat alumunium, tembaga dan besi, sebuah genteng, air panas, 3 sosok laki-laki mengangkat tangan, dipotong dari kertas.

Prosedur pembuatan perangkat:

tekuk kabel dalam bentuk huruf "G";

perkuat mereka dengan di luar kaleng menggunakan cincin karet;

gantung manusia kertas dari bagian horizontal potongan kawat (menggunakan parafin atau plastisin cair).

Memeriksa pengoperasian perangkat. Tuang air panas ke dalam toples (jika perlu, panaskan toples air di atas kompor listrik) dan perhatikan angka mana yang jatuh pertama, kedua, ketiga.

Hasil. Patung yang menempel di kawat tembaga, yang kedua - dari aluminium, yang ketiga - dari baja.

Kesimpulan. Berbeda padatan mempunyai konduktivitas termal yang berbeda.

Konduktivitas termal berbagai zat berbeda-beda.

Pengalaman No.4

Sekarang mari kita perhatikan konduktivitas termal cairan. Mari kita ambil tabung reaksi berisi air dan mulai memanaskannya bagian atas. Air di permukaan akan segera mendidih, dan di dasar tabung reaksi hanya akan memanas selama ini. Artinya zat cair mempunyai konduktivitas termal yang rendah.

Pengalaman No.5

Mari kita pelajari konduktivitas termal gas. Letakkan tabung reaksi kering di jari Anda dan panaskan dalam nyala lampu alkohol, dari bawah ke atas. Jari tidak akan terasa panas dalam waktu lama. Hal ini disebabkan jarak antar molekul gas bahkan lebih besar dibandingkan jarak antara molekul cair dan padat. Akibatnya, konduktivitas termal gas menjadi lebih rendah.

Wol, rambut, bulu burung, kertas, salju, dan benda berpori lainnya memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Hal ini disebabkan oleh adanya udara yang terkandung di antara serat-serat zat tersebut. Dan udara merupakan penghantar panas yang buruk.

Jadi ia tetap berada di bawah salju rumput hijau, tanaman musim dingin terlindung dari pembekuan.

Pengalaman No.6

Saya menepuk-nepuk segumpal kecil kapas dan melilitkannya pada bola termometer.Sekarang saya memegang termometer beberapa saat pada jarak tertentu dari nyala api dan memperhatikan bagaimana suhunya naik. Kemudian dia meremas gumpalan kapas yang sama dan melilitkannya erat-erat pada bola termometer dan membawanya lagi ke lampu. Dalam kasus kedua, merkuri akan naik lebih cepat. Ini berarti wol yang dikompres menghantarkan panas lebih baik!

Vakum (ruang yang terbebas dari udara) memiliki konduktivitas termal paling rendah. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa konduktivitas termal adalah perpindahan energi dari satu bagian tubuh ke bagian lain, yang terjadi selama interaksi molekul atau partikel lain. Di ruang yang tidak terdapat partikel, konduksi termal tidak dapat terjadi.

3. Kesimpulan.

Zat yang berbeda memiliki konduktivitas termal yang berbeda.

Benda padat (logam) memiliki konduktivitas termal yang tinggi, cairan memiliki konduktivitas termal yang lebih kecil, dan gas memiliki konduktivitas termal yang buruk.

Kita dapat memanfaatkan konduktivitas termal berbagai zat dalam kehidupan sehari-hari, teknologi, dan alam.

Fenomena konduktivitas termal melekat pada semua zat, apapun jenisnya keadaan agregasi mereka.

Sekarang, tanpa kesulitan, saya dapat menjawab dan menjelaskan dari sudut pandang fisik pertanyaan-pertanyaan berikut:

1.Mengapa burung masuk cuaca dingin mengibaskan bulunya?

(Ada udara di antara bulu-bulu, dan udara merupakan penghantar panas yang buruk.)

2. Mengapa pakaian wol memberikan perlindungan lebih baik dari hawa dingin dibandingkan pakaian sintetis?

(Ada udara di antara rambut, yang tidak menghantarkan panas dengan baik).

3. Mengapa kucing tidur meringkuk di musim dingin, saat cuaca dingin? (Dengan meringkuk menjadi bola, mereka mengurangi luas permukaan yang mengeluarkan panas.)

4. Mengapa gagang solder, setrika, penggorengan, dan panci terbuat dari kayu atau plastik? (Kayu dan plastik memiliki konduktivitas termal yang buruk, sehingga ketika dipanaskan benda logam memegang gagang kayu atau plastik akan mencegah tangan kita terbakar).

5. Mengapa semak-semak tanaman yang menyukai panas dan menutupi semak-semak dengan serbuk gergaji untuk musim dingin?

(Serbuk gergaji merupakan penghantar panas yang buruk. Oleh karena itu, tanaman ditutup dengan serbuk gergaji agar tidak membeku).

6. Sepatu bot mana yang lebih melindungi dari embun beku: ketat atau luas?

(Luas, karena udara tidak menghantarkan panas dengan baik, lapisan lain di dalam sepatu botlah yang menahan panas).

4. Daftar literatur bekas.

Publikasi cetak:

1.A.V. Fisika Peryshkin kelas 8 -M: Bustard, 2012.

2.M.I.Bludov Percakapan tentang fisika bagian 1 - M: Pencerahan 1984

Sumber daya internet:

1.http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm

2.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2 %D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

Objektif

Menguasai dan memantapkan materi teori pada bagian perpindahan panas “Konduktivitas Termal”, menguasai metode eksperimental penentuan koefisien konduktivitas termal; memperoleh keterampilan pengukuran, menganalisis hasil yang diperoleh.

Tentukan koefisien konduktivitas termal bahan isolasi termal secara eksperimental.

Tuliskan dalam tabel nilai koefisien konduktivitas termal bahan yang diteliti.

Hitung kesalahan nilai koefisien konduktivitas termal yang ditemukan secara eksperimental sehubungan dengan nilai tabel.

Buatlah kesimpulan tentang pekerjaan tersebut.

PETUNJUK METODOLOGI

Saat melakukan perhitungan teknis, perlu diketahui nilai koefisien konduktivitas termal berbagai bahan.

Koefisien konduktivitas termal mencirikan kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan panas. Nilai numerik l bahan padat, terutama isolator panas, biasanya ditentukan secara empiris.

Arti fisis dari koefisien konduktivitas termal ditentukan dari persamaan Fourier yang ditulis untuk fluks panas spesifik

g = –l lulusan t . (1)

Ada beberapa metode untuk menentukan nilai l secara eksperimental, berdasarkan teori kondisi termal stasioner atau non-stasioner.

Persamaan diferensial aliran panas Q, W, dengan konduktivitas termal stasioner dapat ditulis dalam bentuk

Q = – lF lulusan t . (2)

Jika kita perhatikan silinder berdinding tipis, jika l/d > 8, gradien suhu medan suhu pada sistem koordinat silinder akan ditulis sebagai

lulusan t = dt/dr,

dan persamaan (2) dari kasus ini

dimana d 1, d 2 masing-masing adalah diameter dalam dan diameter bawah silinder, m;

l adalah panjang silinder, m;

(t 2 - t 1) = Dt - perbedaan suhu antara suhu permukaan dalam dan luar silinder, 0 C;

l adalah koefisien konduktivitas termal bahan pembuat silinder, W/(m 0 C);

grad t - gradien suhu normal terhadap permukaan pertukaran panas, 0 C/m.

Jika persamaan (3) diselesaikan terhadap koefisien konduktivitas termal l, W/(m 0 C), maka kita akan mendapatkan

aku = Q ln(d 2 /d 1) / (2plDt). (4)

Persamaan (4) dapat digunakan untuk secara eksperimental menentukan nilai koefisien konduktivitas termal bahan pembuat silinder.

Saat melakukan percobaan, perlu untuk menentukan besarnya aliran panas Q, W, dan nilai (t 2 - t 1) = Dt 0 C, pada permulaan rezim termal stasioner.

PENGATURAN EKSPERIMEN

Pengaturan eksperimental (Gambar) terdiri dari silinder 1, di rongga bagian dalam tempat pemanas listrik 2 ditempatkan, dayanya diatur oleh autotransformator (sakelar sakelar) 3 dan ditentukan oleh pembacaan ammeter 4 dan voltmeter 5. Suhu permukaan dalam dan luar silinder diukur menggunakan termokopel Chromel-Copel 7 yang dihubungkan ke pengukur suhu mikroprosesor 6. Berdasarkan perbedaan suhu ini dalam mode termal stasioner, koefisien konduktivitas termal bahan di bawah studi dari mana silinder dibuat ditentukan.

Menggambar . Skema pengaturan eksperimen untuk menentukan koefisien konduktivitas termal bahan silinder.

PROSEDUR PERCOBAAN

Nyalakan peralatan dengan memutar kenop pada panel ke posisi 1.

Dengan memutar kenop autotransformator (toggle switch), atur daya pemanas yang ditentukan oleh guru.

Menonton bacaan pengukur suhu, tunggu pembentukan rezim termal stasioner.

Sajikan hasil pengukuran dalam tabel:

Meja

dimana U, I - tegangan dan arus pada pemanas;

t 2, t 1 - suhu permukaan dalam dan luar silinder.

PENGOLAHAN DATA EKSPERIMENTAL

Hitung koefisien konduktivitas termal bahan yang diteliti, l, W/(m 0 C)

aku persamaan = Q ln (d 2 /d 1) / (2plDt),

dimana Q = UI – daya pemanas, W;

d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m – dalam dan diameter luar silinder;

l = 0,55 m – panjang silinder.

Tuliskan nilai tabel l, W/(m 0 C).

3. Tentukan kesalahan l eq relatif terhadap nilai referensi l, %.

D = (aku persamaan – aku)100/aku.

PERTANYAAN UNTUK PERSIAPAN MANDIRI

Rezim termal stabil dan tidak stabil.

Medan suhu, stasioner dan non stasioner, medan stasioner tiga dimensi, dua dimensi, dan satu dimensi.

Gradien suhu.

Esensi fisik dari proses konduksi panas.

Persamaan Fourier, analisisnya.

Koefisien konduktivitas termal, faktor-faktor yang mempengaruhi nilai koefisien konduktivitas termal.

Berikan nilai numerik koefisien konduktivitas termal untuk beberapa bahan.

Bahan apa yang dianggap sebagai isolasi termal?

Tuliskan besarnya gradien suhu untuk bidang suhu satu dimensi dalam sistem koordinat kartesius dan silinder.

Tuliskan rumus untuk menentukan aliran panas Q, W, dinding datar dan silinder satu lapis dan multilapis.

Tuliskan rumus untuk menentukan fluks panas spesifik g 1, W/m 2, g 2, W/m untuk dinding satu lapis dan banyak lapis datar dan silinder.

DAFTAR BIBLIOGRAFI

Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Dasar-dasar perpindahan panas - M.: Energi, 1977.

Baskakov A.P. dan lain-lain Teknik panas - M.: Energoizdat, 1991.

Nashchokin V.B. Termodinamika teknis dan perpindahan panas - M.: Sekolah Tinggi, 1980.

Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Perpindahan panas - M.: Energi, 1981.

PEKERJAAN No.8

PENENTUAN DERAJAT KEgelapan Suatu PADATAN

Objektif

Menguasai dan memantapkan materi teori pada bagian dasar teori perpindahan panas “Perpindahan Panas Radiasi”, serta menguasai metode eksperimental penentuan emisivitas dan emisivitas benda padat.

1. Tentukan emisivitas dan derajat emisivitas suatu benda padat secara eksperimental.

2. Carilah error nilai emisivitas yang diperoleh relatif terhadap nilai referensi (dalam persen).

3. Menarik kesimpulan tentang pekerjaan tersebut.

PETUNJUK METODOLOGI

Semua benda terus menerus mengeluarkan dan menyerap energi termal. Pembawa energi panas radiasi adalah getaran elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,8 hingga 800 mikron. Proses pertukaran panas radiasi terjadi antara benda-benda yang mempunyai suhu berbeda dan dipisahkan oleh media gas.

Fluks panas radiasi dari suatu benda, mengenai benda lain, sebagian diserap, sebagian dipantulkan, dan sebagian melewati tubuh. Sebagian energi radiasi yang diserap tubuh diubah kembali menjadi energi panas. Bagian energi yang dipantulkan jatuh ke benda lain (di sekitarnya) dan diserap olehnya. Hal yang sama terjadi pada bagian energi yang melewati tubuh. Jadi, setelah serangkaian penyerapan, energi yang dipancarkan tubuh didistribusikan sepenuhnya ke tubuh sekitarnya. Akibatnya, setiap tubuh tidak hanya terus menerus memancarkan, tetapi juga terus menerus menyerap energi pancaran.

Untuk menentukan fluks radiasi yang dipancarkan suatu benda, (W), digunakan rumus

, (1)

dimana C adalah emisivitas benda abu-abu, W/(m 2 K 4),

C = C o  ;

Co - emisivitas benda hitam, W/(m 2 K 4),

 - tingkat kegelapan benda uji;

F adalah luas permukaan tabung reaksi, m2;

T 1 - suhu absolut permukaan tabung reaksi, K;

T in - suhu udara absolut di dalam ruangan, K.

Dari rumus (1) ditentukan nilai emisivitas benda uji, W/(m 2 K 4),

. (2)

Saat mempertimbangkan perpindahan panas radiasi, beberapa besaran yang termasuk dalam rumus perhitungan ditentukan secara eksperimental; misalnya derajat kehitaman tubuh. Untuk menentukan secara eksperimental nilai numerik derajat kegelapan suatu benda, Anda dapat menggunakan pengaturan eksperimental.

PENGATURAN EKSPERIMEN

Susunan percobaan (gambar) terdiri dari benda uji 1 dan benda acuan 2, dibuat berbentuk tabung dengan panjang aku dipasang secara vertikal. Diameter luar tabung adalah sama: d = 0,025 m.

Jadi, benda uji (abu-abu) dan benda acuan (hitam) mempunyai ukuran permukaan pertukaran panas yang sama F. Tabung acuan dilapisi dengan pernis hitam yang diketahui derajat kehitamannya ( fl = 0,97). Pemanas listrik 3 dipasang di dalam tabung, memastikan pelepasan panas yang seragam di sepanjang tabung. Pemanas ditenagai oleh listrik arus bolak-balik, kekuatannya diatur oleh autotransformer laboratorium 4 dan diukur dengan wattmeter 5. Aliran panas yang dihasilkan oleh pemanas listrik dan melewati dinding pipa ke udara sekitar ditentukan oleh kekuatan pemanas listrik. Mencegah kebocoran panas ke udara sekitar di ujung tabung dicapai dengan memasang sumbat insulasi panas.

Suhu pada permukaan tabung diukur menggunakan termokopel Chromel-Copel 6 dan pengukur suhu mikroprosesor 7.

Suhu udara di laboratorium ditentukan oleh termometer yang dipasang jauh dari instalasi. Diasumsikan suhu benda di dalam ruangan (kecuali benda 1 dan 2) sama dengan suhu udara di dalamnya.

Aliran panas dari permukaan tabung ke udara, ditentukan secara eksperimental, adalah jumlah aliran panas konvektif dan radiasi (W)

Q = Qk + Ql, (3)

Q l = Q - Q c.(4)

Nilai Q k dapat dihitung menggunakan rumus perpindahan panas konvektif, tetapi akan lebih mudah untuk mengecualikan nilai ini dari pertimbangan dengan menggunakan benda referensi dengan tingkat emisivitas yang diketahui. Untuk pengaturan eksperimental ini fl 0,97.

Menggambar. Diagram pengaturan eksperimental

Radiasi benda acuan akan ditentukan dengan rumus

. (5)

Jika bentuk, ukuran dan suhu benda uji dan benda acuan sama, maka komponen konveksi dapat disamakan, yaitu.

,

Q aku = Q –
+
. = (Q –
) +F[( /100) 4 – (T di /100) 4 ] . (6)

Substitusikan (6) ke (2), kita peroleh rumus perhitungannya

. (7)