實(shí)驗(yàn)一 物體在空氣中的冷卻規(guī)律

1、實(shí)驗(yàn)一 Bi0.1的物體在空氣中的冷卻規(guī)律、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證Bi0.1的物體在無(wú)限大介質(zhì)中冷卻時(shí)，溫度只隨時(shí)間變化，與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。測(cè)繪出銅柱在空氣中冷卻時(shí)的溫降曲線并與理論計(jì)算結(jié)果比較。二、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)Bi0.1的物體，初始溫度為t0,突然置于溫度為常數(shù)的無(wú)限大介質(zhì)中冷卻，根據(jù)能 量守恒定律，放出的熱量應(yīng)等于物體本身能量的減少，即： TOC o 1-5 h z 、dt HYPERLINK l bookmark48 o Current Document hA（t -1 ） = -peV（1）8dT式中：h 一物體表面與介質(zhì)間的放熱系數(shù)（W/（m2C）A 一物體的表面積（m2）T 一冷卻時(shí)間（分）t

2、h介質(zhì)溫度（C）e 一物體比熱（J/（kgC）P一物體的材料密度（kg/m3）V 一物體的體積（m3）t 一對(duì)應(yīng)于T時(shí)刻的物體溫度（C）（1）式積分可得：(2)（2）式是在假定物體冷卻時(shí)，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度相同的情況下推倒出來(lái)的，它表明， 物體的溫度只隨時(shí)間變化，與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。這中求解方法稱為集總熱容法。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè) 定銅柱在空氣中冷卻時(shí)溫度隨時(shí)間的變化，驗(yàn)證上述假設(shè)是正確的。做出銅柱的溫降曲線并 按（2）式計(jì)算結(jié)果做出溫降曲線，比較兩者間的差別。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.銅柱懸掛架2.銅柱3.UJ36型電位差計(jì)4.電熱器（電爐）5.燒杯 TOC o 1-5 h z 冰瓶1個(gè)秒表1只切換開關(guān)1個(gè)電烙鐵1

3、把量具、工具若干鎳鉻-考銅熱偶線若干四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置由銅柱，懸掛架和測(cè)量?jī)x表組成。銅柱懸掛在支架上，以便放入燒杯中加熱或 放在空氣中冷卻。銅柱中部鉆有兩個(gè)小孔（如圖21所示），可在中心和邊緣位置上裝入熱電偶，用來(lái)測(cè) 量銅柱在冷卻過(guò)程中中心和邊緣位置。不同時(shí)刻的溫度，以驗(yàn)證Bi0.1的物體在空氣中冷 卻時(shí)，柱中心和邊緣的溫度是基本上相同的，即物體的溫度與空間的坐標(biāo)無(wú)關(guān)，只是時(shí)間的 函數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)兩人一組，自己焊接熱電偶，連接測(cè)溫線路。具體步驟如下：測(cè)出銅柱的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括直徑、高度、質(zhì)量等。比熱可從教材中查出，密度由所 測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到。把熱電偶焊接到銅柱上，并接好測(cè)溫線路。為了交替測(cè)量柱中心和

4、邊緣點(diǎn)的溫度， 要求把中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的熱點(diǎn)偶焊接到切換開關(guān)上。把銅柱置于燒杯中，加熱至水沸騰至五分鐘后，測(cè)量銅柱初始溫度t0和室溫tf。迅速將銅柱從水中提出，同時(shí)按下秒表計(jì)時(shí)，并把銅柱上端積水用棉紗吸干，關(guān)掉 電熱器（電爐），把燒杯移開。按表2-1中要求的時(shí)間測(cè)量銅柱的溫度（即測(cè)量熱電勢(shì)，然后查出溫度）中心點(diǎn)和 邊緣點(diǎn)交錯(cuò)測(cè)量。測(cè)量時(shí)要保證所測(cè)電勢(shì)與時(shí)間一一對(duì)應(yīng)。測(cè)完后再測(cè)一次室溫。試驗(yàn)結(jié)束后把儀器恢復(fù)原狀。查出熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度，記下所用銅柱的有關(guān)數(shù)據(jù)，室溫取兩次測(cè)量的平均值。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖、銅柱數(shù)據(jù)，測(cè)試記錄及對(duì)應(yīng)的溫度（以表21的形式給出）。在直角坐標(biāo)紙上做出中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的溫降

5、曲線。溫度t為縱坐標(biāo)，時(shí)間t為橫坐 標(biāo)。若試驗(yàn)結(jié)果正確，兩條溫降曲線應(yīng)基本重合。計(jì)算放熱系數(shù)h。因?yàn)樵谡麄€(gè)冷卻過(guò)程中h是變化的，不同時(shí)刻有不同的值。而公 式（2）中的h為平均值，所以在使用公式（2）是必須先求出h。求h可以有不同的方法。如取算術(shù)平均值，線性回歸等，可由任課教師確定。線性回歸的方法是：對(duì)（2）式兩邊取自然對(duì)數(shù)：In t - hA Tt t pcVln( t t ) ln(t t )hA T pcV(4)因t, s h,p, c, V均為常數(shù)，a也作為常數(shù)，所以溫度t只是時(shí)間t的函數(shù)。若令1 hAb p cV(6)代入式（3）,則有：y=bx（7）（7）式即為線性回歸方程式。把所測(cè)

6、中心點(diǎn)的溫度和對(duì)應(yīng)的時(shí)間依次代入（5）式，可求出n 組y、x值，用作圖法或線性回歸法計(jì)算出回歸系數(shù)b,再由b求出h,即：Exy i i b i 1Ex 2 i i1p cVbA(8)4.檢查B.數(shù)，分析中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的溫降規(guī)律。B,-牛，h為銅柱表面與空氣間的,V平均放熱系數(shù)，入為銅柱的導(dǎo)熱系數(shù)，L為定型尺寸，L -。A5.把h代入（2）式，計(jì)算出與中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的溫度并繪在同一張坐標(biāo)紙上，做出一 條溫降曲線比較，說(shuō)明其差別及原因。表2-1測(cè)試記錄表中心點(diǎn) 八、時(shí)間（分）02468101418243040熱電勢(shì)（mv）6.7805.7105.3405.0404.7604.5004.0403.6

7、803.2102.8602.440溫度（C）99.5587.7579.5575.2571.2567.5560.9555.7548.9543.7537.55邊緣點(diǎn) 八、時(shí)間（分）03579111519253141熱電勢(shì)（mv）6.8205.4405.0804.8004.5604.33.3.8803.5403.1102.7902.380溫度（C）10080.9575.8571.8568.4565.1558.6553.7547.4542.7536.65六、數(shù)據(jù)處理做中心點(diǎn)與邊緣點(diǎn)的溫降曲線入下圖所示綜合傳熱系數(shù)的計(jì)算：取中心點(diǎn)數(shù)據(jù)ln根據(jù)線性回歸法求平局放熱系數(shù)x120240360480600840

8、1080144018002400y-0.16-0.30-0.37-0.45-0.53-0.68-0.83-1.05-1.26-1.59810 - 18,x =T由圖得b=-0.0006A=n DH+1 n D2=3.14 X 0.029 X 0.0461+0.25 X 3.14 X 0.0292=4.86X 10-3 m2 4V=3.04X10-5m3bpcVbpcV所以由 h = 得 h =(0.0006 X 8930 X 461 X 3.04 X 10-5)/4.86 XAA10-3=16.04B. = hL =16.04X3.04X10-5/(4.86X 10-3X398)=2.5X 10-40.01i 人根據(jù)公