Metalų šilumos laidumo koficiento matavimas labaratorinis
5 (100%) 1 vote

Metalų šilumos laidumo koficiento matavimas labaratorinis

Atliko : ……………………………………………

Tikrino : ………………………………………….

Labaratorinis darbas Nr 2

METALŲ ŠILUMOS LAIDUMO KOFICIENTO

MATAVIMAS

Darbo tikslas – susipažinti su metalų šilumos laidumo mechanizmu ir išmatuoti metalo šilumos laidumo koficientą (šilumos laidį), apskaičiuoti laidumo elektronų chaotiško judėjimo vidutinį greitį ir jų laisvąjį vidutinį lėkį.

Teorinė dalis.Šilumos kaita yra vidinės energijos perdavimas neatliekant mechaninio darbo.Sistemos ar kūno vidinę energiją sudaro jos dalelių kinetinių ir tarpusavio sąveikos potencinių energijų šiluma.Kūno gautas ar atiduotas vidinės energijos matas yra šilumos kiekis Q:

, (1)

čia c – savitoji šiluma, matuojama , m – kūno masė, t – temperatūrų skirtumas.Savitoji šiluma yra šilumos kiekis, reikalingas 1 kg medžiagos masės temperatūrai padidinti vienam laipsniui.

Šilumos kaita gali vykti trim būdais: šilumos laidumo, konvekcijos ir spinduliavimo.

Konvekcija – tai šilumos perdavimas skysčių ar dujų srovėms.Laisvoji (natūralioji) konvekcija vyksta dujose arba skysčiuose dėl skirtingų temperatūrų ar tankio.Priverstinė – kai dalelės juda dėl išorinio poveikio,pvz: siurblio maišytuvo.Kietuosiuose kūnuose konvekcija nevyksta.

Šiluminis spinduliavimas – tai energijos perdavimas elektromagnetinėmis bangomis,daugiausia infraraudonaisiais spinduliais.Iš patirties žinome, kad dalelių chaotiško šiluminio judėjimo energija pernešama iš aukštesnės temperatūros vietų į žemesnės temperatūros vietas.Tokį betarpišką vidinės energijos pernešame vadiname šilumos laidumu.

Šilumos laidumas priklauso nuo medžiagos agregatinės būsenos ir jos molekulių,atomų sandaros.Dujų šilumos laidumą lemia chaotiškasis molekulių judėjimas.Didėjant dujų tankiui,šilumos laidumas didėja.Skysčio šilumos laidumas dėl mažesnio vidutinio atstumo tarp molekulių yra didesnis negu dujų.Kietųjų kūnų šilumos laidumas priklauso nuo kūnų prigimties, nes juose atomai ir molekulės svyruoja apie pusiausvyros padėtį.Dėl tarpusavio glaudaus ryšio dalelės perduoda savo judesį gretimoms dalelėms – plinta bangos.Šiluminių svyravimų bangos plinta panašiai kaip tampriųjų svyravimų garso bangos.

Kvantinė mechanika šiluminių svyravimo bangų sklidimą kristale aiškina kvazidalelių – fononų buvimu (fonas – garsas, kvazidalelė – tarsi dalelė).Fononas kietajame kūne yra laisva chaotiškai garso greičiu judanti dalelė.Ją galima vadinti virpėjimo kvantu,nešančiu apibrėžtą energiją:čia h – Planko konstanta, v – šiluminių svyravimų dažnis.

Kuo didesnė fononų energija, tuo stipresnė jų sąveika.Vieni fononai gali perduoti savo impulsą kitiems ir taip juos išsklaidyti.Chaotiškai judėdami fononai susiduria su kristalo atomais ir perduoda jiems savo šiluminio judšjimo energiją.Taip šiluma pernešama iš aukštesnės temperatūros srities, kurioje daug fononų, į žemesnės temperatūros sritį, kurioje fononų mažiau.Fononinis laidumas būdingas dielektrikams.

Didelis metalų šilumos laidumas aiškinamas laisvųjų elektronų veikla.Jie perneša šiluminio judėjimo energiją metale.Klasikinės fizikos požiūriu valentiniai elektronai palieka savo atomus ir netvarkingai juda (panašiai kaip ir idealiųjų dujų molekulės).Susidurdamos su atomais šios „elektroninės dujos“ dar suintensyvėja ir , difunduodamos į šaltesnes vietas, susiduria su ten esančiais gardelės atomais bei perduoda jiems dalį energijos.Dėl to atomų svyravimai suintensyvėja, padidėja tos vietos temperatūra, o elektroninių „dujų“ šilumos laidis yra toks:

(2)

čia p – metalo medžiagos tankis, c – jo savitoji šiluma, l – elektronų laisvasis vidutinis lėkis,

– jų šiluminio judėjimo vidutinis greitis.

Kadangi laisvųjų elektronų greičiai žymiai didesni už fononų greitį, tai metalų šilumos laidis daug didesnis už nemetalų šilumos laidį.Be to , tik 1-2% šiluminės energijos metaluose perneša fononai.

Šiluminio judėjimo energija gali būti pernešama tik esant temperatūrų skirtumui.Vienodos temperatūros taškai kūne sudaro izoterminius paviršius.Vidinė energija visada pernešama šių paviršių noramalės kryptimi.

Šiuo metu Jūs matote 51% šio straipsnio.
Matomi 616 žodžiai iš 1199 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.