Лянзберг Ю.В., Вовк А.А. — ст. 3 курса БГМФ:
Кияновский А.М., Троицкий Н.Б. доценти
Теплопроводность воздуха l измеряется на установке, состоящей из двух коаксиальных цилиндров, пространство между которыми заполнено газом, в нашем случае воздухом (рис.1).
Если температура цилиндров t1 (внутреннего, диаметром d1) и t2 (внешнего диаметром d2), то поток тепла в данном случае определяется выражением
(1)
где h — высота цилиндров, l — теплопроводность.
Внутренний цилиндр — проволока, по которой проходит ток, нагревающий её до температуры t1. У наружного цилиндра температура равна температуре t2 воздуха в помещении.
В стационарном режиме тепловой поток Q равен количеству тепла, выделяемому током в нити:
(2)
где U — напряжение, подведенное к нити, R — её сопротивление.
Нить накала отдает тепло не только за счет механизма теплопроводности, но и из-за конвекции и теплового излучения. При небольшой разности температур t1 — t2 можно не учитывать тепловое излучение и конвекцию (при необходимости можно разбить объем воздуха на небольшие ячейки или каналы и возникновению конвекционных потоков помешает вязкость воздуха).
Температуру нити t находим по её сопротивлению:
(3)
где R0 — сопротивление нити при t=0, a — температурный коэффициент сопротивления металла. Точность измерения температуры определяется точностью измерения малого сопротивления R, когда существенно влияние соединительных проводов. Для уменьшения погрешности образцовое сопротивление Rобр включается последовательно с сопротивлением R. В этом случае
(4)
где U — падение напряжения на сопротивлении R, Uобр — на сопротивлении Rобр; оба напряжения измеряются высокоточным цифровым вольтметром.
Установка позволяет уловить момент возникновения конвекции. Для этого следует увеличивать температуру нити t1 или величину объема сосуда. Конвекция возрастает скачком.