REFERAT FIZICA | Studiul propagarii caldurii

Publicat de: Madalina Marcu

Este un experiment privind  viteza de  propagare a caldurii printr0un anumit material termoconductor.

1.INTRODUCERE

Este determinarea coeficientului de difuzie termică al unui metal prin metoda Angström.

Fie un sistem termodinamic care se află în contact cu două termostate,  şi  . În sistem va avea loc transferul căldurii , de la termostatul cu temperatură mai ridicată la cel cu temperatură mai coborâtă. Mai mult, orice perturbare locală a temperaturii într-o regiune a unui mediu va determina un transfer ireversibil de căldură în întregul mediu.

2.TEORIA LUCRĂRII

Caracterizând acest transfer prin valoarea locală T(x,y,z,t) a temperaturii, fenomenul poate fi descris în termenii teoriei undelor. Pentru medii ideale, ecua¡ia satisfacută de func¡ia T(x,y,z,t) este ecua¡ia transmisiei energiei termice:

                                                  (1)

unde D se numeşte coeficientul de difuzie termică al mediului şi se poate exprima în func¡ie de densitatea mediului , de căldura sa specifică c şi de conductivitatea sa termică :

                                                                                                                          (2)

În cazul particular al unui corp de forma unei bare foarte lungi,de sec¡iune mică, transferul de căldura are loc numai după o singură direc¡ie; alegând această direc¡ie ca axă Ox, ecua¡ia (1) devine:

                                                                                                              (3)

care se poate rezolva în condi¡ii la limită temporale şi spa¡iale date.

Să presupunem că la unul din capetele barei (= 0) se produce o varia¡ie periodică cu perioada  a temperaturii; în orice punct al barei, temperatura va varia periodic dar amortizat, astfel încât, după un timp suficient de mare, temperatura medie din fiecare punct rămâne constantă în timp.

Conform teoremei Fourier, orice varia¡ie periodică a unei func¡ii poate fi descrisă ca o sumă de oscila¡ii armonice, astfel că temperatura în x = 0 se poate scrie:

                                                                   (4)

în care n este un număr natural, iar

                                                                                                                          (5)

O solu¡ie a ecua¡iei (3), care satisface condi¡ia la limită (4) şi e finită la  va fi:

                                          (6)

cu  real, pozitiv şi nenul.

Fiecare termen al solu¡iei (6) reprezintă o undă termică de pulsatie n, a cărei amplitudine  scade exponential cu distan¡a x.

iar ecua¡ia suprafe¡elor echifază:

                                                                                        (10)

Prin diferen¡ierea ecua¡iei (10) se ob¡ine viteza de fază a armonicei n:

                                                                                                            (11)

Din rela¡ia (8) se ob¡ine :

                                                                                                                  (12)

Se observă că  creşte cu creşterea lui n, deci armonicele cu frecven¡e mari se atenuează mai puternic, importan¡a lor practică fiind limitată; la o anumită distan¡ă, în bară se va propaga doar oscila¡ia fundamentală, de frecventă . Din (11) şi (12), pentru n = 1 se ob¡ine:

                                                                                                         (13)

Se constată astfel că, dacă se cunoaşte perioada  a perturbatiei şi se determină experimental viteza de fază a undei fundamentale, se poate calcula coeficientul de difuzie termică D.

3. METODA LUCRĂRII

Pentru determinarea vitezei de fază a undei fundamentale se foloseşte metoda lui Angström, care constă în măsurarea temperaturii unei bare în diferite puncte xi  ale acesteia, în cursul varia¡iei periodice a temperaturii barei la unul din capete. Graficul func¡iei Ti = f(t) prezintă maxime şi minime; pentru două puncte xi  şi xi+1 maximul de acelaşi ordin se ob¡ine la două momente diferite, t şi t’ ,astfel încât,aproximând viteza de fază cu viteza de deplasare a acestui maxim, ob¡nem:

cu ajutorul căreia, folosind (13) se ob¡ine D.

4. DISPOZITIVUL EXPERIMENTAL  

Constă dintr-o bară de cupru AB cu lungimea de aproximativ 1,5 m, montată pe un suport şi învelită într-un manşon izolator M, care reduce pierderile prin suprafa¡a laterală a barei. La capătul A al barei se află cuptorul C, care permite încălzirea barei şi un manşon M1 prin care circulă apă pentru răcire.

La capătul B al barei este montat un alt manşon M2, prin care trece permanent apă, în scopul men¡inerii unei temperaturi constante.

Măsurarea temperaturii se face cu ajutorul a cinci termometre montate de-a lungul aceleeaşi generatoare a barei. Cuptorul se alimentează de la reteaua de 220V curent alternativ, iar apa din cele două manşoane este adusă de la două robinete prin furtune de cauciuc.

5. MODUL DE LUCRU

Varia¡ia periodică a temperaturii la capătul A al barei se realizează încălzind şi răcind bara, (cu ajutorul cuptoruluiC, respectiv circula¡iei de apă prin manşonul M1 ) pe intervale de timp egale.

– se citeşte temperatura la cele cinci termometre şi se notează pe prima linie a Tabelului I.

Tabel I

– se dă drumul apei prin manşonul M2 (cu debit mic) şi se lasă să circule prin el tot timpul măsurătorilor.
Încălzirea I (12 minute).
– se introduce cuptorul în priză;momentul pornirii sale (cu întrerupătorul pe pozi¡ia P) se consideră ca moment t = 0.
– se notează temperaturile indicate de termometre din minut în minut şi se trec în Tabelul I (minutele 1-12).
Răcirea I (12 minute)
– după trecerea celor 12 minute de încălzire se opreşte cuptorul (prin comutarea întrerupătorului pe pozi¡ia O) şi simultan se dă drumul apei de răcire prin manşonul M1
-se citeşte şi se notează în continuare din minut în minut temperatura la fiecare termometru (minutele 13-24).
– după cele 24 de minute cât a durat primul ciclu încălzire-răcire, se opreşte apa prin manşonul M1, pornindu-se din nou cuptorul; încălzirea a II-a se face pe durata minutelor 25-36, urmând răcirea a II-a ( minutele 37-48 ), încălzirea a III-a (minutele 49-60 ) şi răcirea a III-a ( minutele 61-72 ).
Se trec temperaturile  termometrelor în continuare pe liniile corespunzătoare ale Tabelului I.
Trecerile între încălziri şi răciri se fac foarte repede,fără întreruperea cronometrului.La sfârşitul celor 72 de minute de lucru,apa în manşonul M1 rămâne în circula¡ie,pentru readucerea întregii bare la aceeaşi temperatură.
6. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE
-se reprezintă pe acelaşi grafic cele cinci curbe  pe durata celor trei cicluri încălzire-răcire .
– din grafice se determină momentele  la care fiecare termometru a atins cele trei maxime ( = I, II, III ),rezultatele trecându-se în Tabelul II.
 
Tabel II
În Tabelul II, x reprezintă distan¡ele în centimetri ale termometrelor 2-5 fa¡ă de primul termometru.
Se observă că, în lungul unei linii din tabelul II se găsesc momentele la care maximul de un anumit ordin “ajunge” în diverse puncte xi ale barei, iar în lungul unei coloane se ob¡in momentele la care, într-un punct xi  se succed maximele undei termice.
– se trasează graficul momentelor tI  (la care se realizează maximul I ) în func¡ie de distan¡ele ale termometrelor, tI  = f(x). Se ob¡ine o dreaptă a cărei pantă
                              
este inversa vitezei de propagare a maximului I în lungul barei
                              
-pe acelaşi grafic se reprezintă tII(x) şi tIII(x) ,corespunzătoare celorlalte două maxime de temperatură, ob¡inându-se alte două drepte , din ale căror pante se ob¡in vitezele vII şi vIII.
Valoarea medie a celor trei viteze se introduce în rela¡ia (13 ) ,ob¡inându-se coeficientul de difuzie termică al barei de cupru.
Referatul va con¡ine, pe lângă un rezumat al teoriei, cele două tabele I şi II, cele două grafice şi calculele efectuate în vederea ob¡inerii lui D.
 




NOTA IMPORTANTA:
 ARTICOLELE PUBLICATE IN PAGINA DE REFERATE AU SCOP DIDACTIC SI SUNT ELABORATE IN URMA UNEI DOCUMENTARI SUSTINUTE. ESTE STRICT INTERZISA PRELUAREA ARTICOLELOR DE PE SITE SI PREZENTAREA LOR LA ORELE DE CURS. Referatele din aceasta sectiune sunt trimise de diferiti colaboratori ai proiectului nostru. Referatele va sunt prezentate pentru COMPLETAREA STUDIULUI INDIVIDUAL, si va incurajam si sustinem sa faceti si voi altele noi bazate pe cercetari proprii.

Referat trimis de: Andrei Trufin
REFERAT FIZICA | Telescopul optic

REFERAT FIZICA | Telescopul optic

REFERAT FIZICA | Cuptor cu creuzet pentru topire Al

REFERAT FIZICA | Cuptor cu creuzet pentru topire Al

REFERAT FIZICA | Influenta factorilor fizici

REFERAT FIZICA | Influenta factorilor fizici

REFERAT FIZICA | OCHIUL OMENESC – APARAT OPTIC

REFERAT FIZICA | OCHIUL OMENESC – APARAT OPTIC

REFERAT FIZICA | CONDENSATOARE ELECTROLITICE

REFERAT FIZICA | CONDENSATOARE ELECTROLITICE

REFERAT FIZICA | Iluzii optice

REFERAT FIZICA | Iluzii optice

REFERAT FIZICA | Istoria telescopului

REFERAT FIZICA | Istoria telescopului

REFERAT FIZICA | Instrumente optice specializate

REFERAT FIZICA | Instrumente optice specializate

REFERAT FIZICA | Un atom in spatiu

REFERAT FIZICA | Un atom in spatiu

REFERAT FIZICA | Instalatii electrocasnice

REFERAT FIZICA | Instalatii electrocasnice

REFERAT FIZICA | Lasere

REFERAT FIZICA | Lasere

REFERAT FIZICA | Energia eoliana

REFERAT FIZICA | Energia eoliana

REFERAT FIZICA | Calorimetrie

REFERAT FIZICA | Calorimetrie

REFERAT FIZICA | Avioanele

REFERAT FIZICA | Avioanele

REFERAT FIZICA | Despre seisme si consecintele lor

REFERAT FIZICA | Despre seisme si consecintele lor

REFERAT FIZICA | Executarea bransamentelor aeriene

REFERAT FIZICA | Executarea bransamentelor aeriene

REFERAT FIZICA | Principiul conservarii energiei

REFERAT FIZICA | Principiul conservarii energiei

REFERAT FIZICA  |Fotonul | Efectul fotoelectric

REFERAT FIZICA |Fotonul | Efectul fotoelectric

REFERAT FIZICA | Bomba cu neutroni

REFERAT FIZICA | Bomba cu neutroni

REFERAT FIZICA | Telefonul | Alexander Graham Bell

REFERAT FIZICA | Telefonul | Alexander Graham Bell

REFERAT FIZICA | Poluarea sonora

REFERAT FIZICA | Poluarea sonora

REFERAT FIZICA | TIPURI DE BAROMETRE

REFERAT FIZICA | TIPURI DE BAROMETRE

REFERAT FIZICA | STUDIUL TENSIUNII SUPERFICIALE A LICHIDELOR

REFERAT FIZICA | STUDIUL TENSIUNII SUPERFICIALE A LICHIDELOR

REFERAT FIZICA | Studiul efectului Seebeck

REFERAT FIZICA | Studiul efectului Seebeck

REFERAT FIZICA | DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE VÂSCOZITATE AL UNUI LICHID CU VÂSCOZIMETRUL OSTWALD

REFERAT FIZICA | DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE VÂSCOZITATE AL UNUI LICHID CU VÂSCOZIMETRUL OSTWALD

REFERAT FIZICA | Determinarea vitezei sunetului

REFERAT FIZICA | Determinarea vitezei sunetului

REFERAT FIZICA | Studiul propagarii caldurii

REFERAT FIZICA | Studiul propagarii caldurii

REFERAT FIZICA | Determinarea constantei Boltzmann

REFERAT FIZICA | Determinarea constantei Boltzmann

REFERAT FIZICA | Proiect “Automat de impachetat chibrituri”

REFERAT FIZICA | Proiect “Automat de impachetat chibrituri”

REFERAT FIZICA | Redresarea curentului alternativ

REFERAT FIZICA | Redresarea curentului alternativ

REFERAT FIZICA | Amplificarea

REFERAT FIZICA | Amplificarea

REFERAT FIZICA | Undele mecanice

REFERAT FIZICA | Undele mecanice

REFERAT FIZICA | Ultrasunetele

REFERAT FIZICA | Ultrasunetele

REFERAT FIZICA | Comanda releului prin calculator

REFERAT FIZICA | Comanda releului prin calculator

REFERAT FIZICA | Marie Curie si Pierre Curie

REFERAT FIZICA | Marie Curie si Pierre Curie

REFERAT FIZICA | ALBERT EINSTEIN

REFERAT FIZICA | ALBERT EINSTEIN

Filozofie

Filozofie

Geografie

Biologie de clasa 6

Lectie virtuala Drept

S-ar putea sa iti placa…

LIMBA SI LITERATURA ROMANA | I. L. Caragiale | D-l Goe

I.L.Caragiale este alături de Eminescu şi Creangă unul dintre cei mai mari scriitori ai poporului nostru. Este autorul a patru comedii (O scrisoare pierdută, O noapte furtunoasă, Conul Leonida faţă cu reacţiunea, D’ale carnavalelor) a unei drame (Năpasta), a publicat...

LIMBA SI LITERATURA ROMANA | Ion Creanga | Povestea lui Harap – Alb

LIMBA SI LITERATURA ROMANA | Ion Creanga | Povestea lui Harap – Alb

Fara indoiala o capodopera, “Povestea lui Harap-Alb” este cel mai reprezentativ basm al lui Creanga, nu pentru ca in el sunt cumulate majoritatea temelor, motivelor, modalitatilor narative specifice basmului, ci pentru ca releva constiinta scriitoriceasca a autorului,...