Практикум МолФ

міст, тобто досягти стану, при цьому виконується таке співвідношення між

Гальванометр (тип ГПЗ47) вимикається кнопкою, яка розташована на панелі приладу внизу зліва. Спочатку тумблер над цією кнопкою повинен бути в положенні “грубо”. При цьому гальванометр вмикається через

великий запобіжний опір (перемикач К на рис.2). Коли r1 , що зрівноважує

схему, підібрано(риска в окулярі гальванометра встанвлюється проти нуля шкали), тумблер над кнопкою включення гальванометра переключають в положення “точно”(прицьому тумблером К закорочується запобіжний опір). В

схемі моста остаточно підбирають опір r1 .

Схема живиться від джерела постійного струму ВСА-01А напругою 12В. Струм через дротину (температура дротини) регулюється за допомогою опорів (опори 1,2 на рис.2), які переключають центральним

тумблером на панелі приладу з позначками “нагрев” і “викл.”(тумблер K1 на рис.2).

Для виміювання опору дротини R1 при кімнатній температурі

центральний тумблер повинен бути в положенні “викл.”. При цьому струм іде через великий опір, і температура дротини практично дорівнює кімнатній температурі.

Для вимірювання опору дротини R при довільній температурі центральний тумблер повинен бути в положенні “нагрев”. При цьому збільшується сила струму через дротину, і вона нагріється. Цей струм можна регулювати потенціометром “регулировка нагрева” (на рис.2 не показано). Силу струму Ι, що проходить по дротині, можна визначити, знаючи силу

тому. I = i 10001001 = 0,999 i .

Тиск в системі змінюють за допомогою насоса Камовського.

Порядок вимірюваннь. Вихідне положення тублерів на панелі приладу: лівий - положенні “грубо”, центральний - в положенні “викл.”.

1. При атмосферному тиску і кімнатній температурі вимірюється опір дротини R1 . Для цього натискується кнопка, яка включає

гальванометр, і за допомогою магазина опорів підбирається опір дротини r1 , при якому міст збалансовано (риска в окулярі співпададає з нулем шкали). Після цього лівий тумблер переключається положення „точно” і більш точно підбирається значення опору r1 . Опір дротини R1 визначається

описаним способом визначається опір дротини в кожному з цих випадків.

манометра в мм рттутного стовпчика. Кран 5 на установці (рис.1) весь час відкритий. Кран 6 обережно відкривається після запуску насоса. Його закривають після встановлення потрібного тиску і виключення насоса.

Додаткові завдання:

1.Проаналiзувати залежнiсіть одержаних значень коефіцієнта теплопровідності повiтря κ від тиску і температури. Пояснити цю залежність.

2.За формулою молекулярно-кінетичної теорії для коефіцієнта теплопровідності газів розрахувати цей коефіцієнт, виразивши відповідним способом величини, які входять в формулу. Розрахунки виконати для тих

температур,при яких були виконані виміри. Порівняти теоретичні та експериментальні значення κ .

Література:

1. Савельев И. В., Курс общей физики. М.; Наука, 1987, с. 410-413.

Рис. 1

Рис.2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №16

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ

Вступ. При наявності градієнта температури в системі відбувається довільне перенесення теплової енергії з областей більш нагрітих в області, де температура менша . Це явище відоме як теплопровідність.

Кількість теплоти Q, що переноситься через поверхню площею S за час τ при градієнті температур ∆∆ Tx визначається як:

де λ - коефіцієнт теплопровідності середовища.

Таким чином, значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу λ 1

можна знайти безпосередньо, якщо користуватись формулою (1). Проте експериментально важко точно визначити величину Q. Тому для визначення λ існують відносні методи. Зокрема, в даній роботі застосовується метод, запропонований Христіансеном. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.

Метою роботи є визначити коефіцієнт теплопровідності ебоніту.

Теоретичні відомості.

Механізм перенесення тепла в твердому тілі виникає з характеру теплових рухів у ньому. Тверде тіло являє собою сукупність атомів решітки, які здійснюють коливання. Ці коливання не є незалежними одне від одного і ,крім того, вони можуть передаватися від одних атомів до інших. В твердому тілі, на відміну від газу, теплопровідність здійснюється не переміщенням самих молекул , а через взаємодію між молекулами, в результаті якої тепловий рух набуває колективного характеру. Саме тому тепловий рух молекул у твердих тілах описується як ідеальний газ фононів.

Для опису теплопровідності можна повторити весь шлях, який було зроблено при розгляданні теплопровідності у газах, але заміть руху молекул газу треба мати на увазі рух фононів. Для потоку теплоти отримуємо формулу (1).

Теплопровідність твердих тіл набагато вища за теплопровідність газів.

В металах, крім зазначеної теплопровідності решітки , треба враховувати ще теплопровідність за рахунок переносу теплоти вільними електронами. Для її оцінки приймають до уваги властивості електронного газу. При великих температурах електронна провідність суттєва.

Опис методу. Прилад Христіансена зображено на рис.1 , де H - нагрівник, через який пропускають водяну пару з кип’ятильника , і Х - холодильник з проточною водою. 1, 2 і 3 - латунні диски з отворами для термопар. Між дисками 1 та 2 розміщують пластинку з матеріалу, коефіцієнт теплопровідності якого визначають. Між дисками 2 та 3 розміщуюють пластинку з відомим коєфіцієнтом теплопровідності. В даній роботі це скляна пластинка; коефіцієнт теплопровідності скла вважається відомим.

Якщо температури нагрівника і холодильника підтримувати сталими, то при стаціонарному процесі кількість теплоти Q1, що за час τ передається

Знаходять значення температур t1, t2 і t3. Ці температури вимірюються після того, як в системі утвориться стаціонарний тепловий потік, тобто, коли температура в будь-якому перерізі системи перестане змінюватися. В даній роботі температуру вимірюють за допомогою термопари. Температури дисків знаходять з графіка, який додається до роботи.

Визначають величину коефіцієнт теплопровідності ебоніту λ 1 за формулою (6).

Оцінюють похибки вимірювання коефіцієнт теплопровідності ебоніту λ 1 .

Порядок виконання роботи.

1.Вимірюють товщини пластинок d1 і d2 з ебоніту та скла мікрометром.

2.Знаходять значення температур t1, t2 і t3.

3.За допомогою перемикача термопари по черзі підключають до потенціометра ПП і визначають термоелектрорушійну силу Е кожної термопари.

4.Повторюють вимірювання для ебонітової пластинки іншої товщини.

Література

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.ІІ. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Наука,1990.-592с.

РОБОТА № 17

ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ

Вступ. Сплавом називають систему в твердому стані, яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент.

Відомості про природу сплаву можна отримати з аналізу діаграми стану. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів ( зокрема плавлення і кристалізації ) від концентрації сплаву. Ці діаграми будують за кривими нагрівання або охолодження сплавів різних концентрацій і визначають температури фазових перетворень.

Метою даної роботи є побудова діаграми стану системи Pb-Sn.

Теоретичні відомості.

Сплави поділяють на тверді розчини, евтектики і сполуки.

1. Дві речовини можуть утворити твердий розчин, якщо взаємодія між атомами різних компонент буде визначатися співвідношенням : UAB=(UAA+UBB)/2, де UAB і UAA(UBB) - енергія взаємозв"язку між різнойменними та однойменними атомами. Умовою утворення твердих розчинів ( повна взаємна розчинність компонент у твердому стані ) є однаковий тип кристалічної гратки і досить мала різниця атомних розмірів обох компонент. Помічено, що необмежена розчинність в твердому стані спостерігається переважно у елементів, які близько розташовані в періодичній таблиці, тобто близькі за будовою валентної оболонки атомів. Прикладом таких сплавів є Ag-Au, Au-Cu. Тверді розчини мають таку будову, при якій в кристалічну гратку основного метала-розчинника входять атоми розчиненої речовини. Тобто твердий розчин є однофазною системою, що складається з кристалів одного типу.

2.Механічна суміш компонент або евтектика утворюється, коли компоненти не здатні взаємно розчинюватись в твердому стані і не вступають в хімічну реакцію з утворенням сполуки. Евтектика можлива, коли

UAA>UAB і UBB>UAB , тобто, коли зв'язок між однойменними атомами сильніший, ніж між різнойменними. За цих умов сплав складається з кристалів A та кристалів B. Кожна складова евтектики має свою кристалічну гратку. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення, яка нижче температури плавлення компонент. Прикладом таких сплавів є Cd-Zn, Pb-Sn і багато інших.

3.У випадку, коли зв'язок між різнойменними атомами сильніший від

зв'язку між однойменними атомами, тобто UAB>UAA і UAB>UBB , можливе утворення сполуки. Інтерметалічні сполуки характеризуються тим, що вони утворюються при певних концентраціях компонент сплаву, коли співвідношення чисел атомів компонентів відповідає стехіометричній пропорції. Утворюється специфічна, відмінна від граток елементів, що складають сполуку, кристалічна гратка з впорядкованим розміщенням в ній

атомів копонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення, яка, як правило, вища за температуру плавлення компонент (Au-Zn, Cd-Mg та ін.).

Опис методу.

Для побудови діаграми стану системи Pb-Sn по кривих нагрівання та охолодження тиглі з чистим оловом, чистим свинцем і сплавами 10%, 38%, 60%, 80% Pb в Sn закріплені в спеціальному контейнері, який розташований в печі. В кожному сплаві є скляна ампула, в якій знаходиться спай термопари. Термопари з'єднані з самореєструючим потенціометром ЭПП-09 ( див. додаток до роботи ). Потенціометр автоматично підключається (по черзі) , до кожної з шести термопар і відповідний відлік записується на стрічці. Одержані криві приблизно мають вигляд, наведений на рис. 1. Відомо, що температури плавлення чистого олова дорівнює 232 ОС і чистого свинцю - 327 ОС .По віддалі між поличками, які відповідають температурам плавлення Pb і Sn розрахувують зміщення друкуючого пристрою, що припадає на 1 ОС.

Порядок виконання роботи.

1.Ввімкнути тумблер потенціометра "прибор включен".

2.Ввімкнути піч поставивши напругу 100 В.

3.Приблизно через 5-10 хвилин ввімкнути тумблер потенціометра "диаграмма".

4.Уважно спостерігати за одержанням кривих нагрівання, одночасно ідентифікувати одержані криві.

5.Після розплавлення металів вимкнути піч і вийняти контейнер зі зразками з печі. Спостерігати криві охолодження, ідентифікувати одержані криві.

6.Розрахувати температури початку і кінця плавлення кожного сплаву по відхиленню відповідних точок від температури плавлення Sn. Відповідні температури беруться як середні з кривих нагрівання і охолодження.

7.Побудувати діаграму стану - графік залежності температур фазових переходів від концентрації сплаву.

8.Пояснити характер кривих нагрівання та охолодження, а також одержану діаграму. Визначити, який тип сплаву утворює дана система.

Література

1.Гуляев А.П. Металоведение. - М., 1978, гл.V.

2.Масленников Ф.И., Лабораторный практикум по металоведению - М., 1961.

3.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.ІІ. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Наука,1990.-592с.