Выполнение работы

Для выполнения работы необходимы: исследуемые термометры, нагреватель для термометров, сосуд с водой комнатной температуры, секундомер, аэродинамическая труба, двухкоординатный самописец с блоком линейной временной развертки по оси абсцисс.

1. Нагрейте один из стеклянных термометров на 20 - 30⁰ выше комнатной температуры и подвесьте его в спокойном воздухе. Наблюдайте за изменением температуры термометра до тех пор, пока разность температуры термометра и среды не уменьшится в 8 - 10 раз, то есть не станет равной 2 -3⁰. Через равные промежутки времени (например, через 5 секунд) делайте отсчеты температуры термометра. Составьте таблицу зависимости Т(τ). Рекомендуется заранее заготовить в рабочей тетради бланк таблицы Т(τ) с достаточно большим числом отсчетов (30 - 40 отсчетов в течение времени 4 - 5 минут). Эта работа требует повышенного внимания и должна выполняться двумя студентами - один наблюдает температуру по термометру и диктует значения отсчетов, второй записывает их в рабочую тетрадь.

ВНИМАНИЕ! Для нагрева термометра используется теплая вода, поэтому после нагревания термометр обязательно следует вытереть сухой чистой тряпкой! Тем самым исключается ошибка, связанная с охлаждением термометра при испарении воды. Вода, в которой нагревается термометр, должна иметь ту температуру, до которой желательно его нагреть. Недопустимо использовать более горячую воду и вынимать термометр из воды до окончания подъема столбика ртути - в этом случае появляется градиент температуры внутри ртутного резервуара и уравнение (1) не выполняется.

Рекомендуется нагревать термометр на 4 -5⁰ выше той точки, с которой предполагается начать отсчеты температуры. Это необходимо для того, чтобы успеть вытереть термометр, подвесить его и подготовить к отсчетам.

Затем постройте график зависимости Т(τ). Нанесите на график температуру окружающего воздуха. Определите с помощью графика коэффициент инерции термометра, пользуясь данным выше определением. Нанесите на ось абсцисс графика значение коэффициента тепловой инерции. Примерный вид такого графика показан на рис.1.

2. Повторите тот же опыт с тем же термометром, но теперь определите время, в течение которого разность температур между термометром и средой уменьшается в 2 раза. Для этого заранее отметьте и запишите температуру воздух в комнате θ, температуру, с которой предполагается начать отсчет T₀ и температуру T_x, которую будет иметь термометр в тот момент, когда разность температур уменьшится в 2 раза.

Пример такого расчета - температура воздух в комнате θ = 20⁰, отсчет предполагается начать с температуры T₀ = 40⁰, разность температур T_0­- θ = 20⁰, следовательно термометр должен иметь температуру T_x = θ + (T_0­- θ)/2 = 20 + 10 = 30⁰.

Вычислите λ по уравнению (4) и сравните с результатами, полученными в п.1. Повторите опыт для 2-3 стеклянных термометров по указанию преподавателя.

3. По методу, изложенному в п.2, определите коэффициент инерции одного из стеклянных термометров (по указанию преподавателя) при различной скорости движения воздуха. Для этого исследуемый термометр поместите в аэродинамическую трубу. Рядом с исследуемым помещается контрольный термометр для определения температуры воздуха. Опыты проводятся при 5 - 6 значениях скорости потока. Скорость потока V регулируется изменением напряжения U, подаваемого на мотор вентилятора и определяется ручным анемометром или по специальному графику V(U), имеющемуся радом с установкой.

ВНИМАНИЕ! При подготовке опыта установите определенное напряжение и заранее определите по графику скорость ветра! Во время проведения опыта изменять скорость потока нельзя!

Как и раньше, запишите температуру воздуха, температуру, с которой предполагается начать отсчет и температуру t' термометра в момент изменения разности в n раз. При большой скорости ветра температура меняется быстро, поэтому целесообразно выбрать значение n = 3 или n = 4.

При обработке результатов составьте таблицу λ(V) и постройте графическую зависимость.

4. Определите коэффициент инерции того же термометра, поместив его в воду. Для этого приготовьте второй сосуд, в котором должна находиться вода комнатной температуры. Нагрейте термометр в сосуде с теплой водой до желаемой точки, затем быстро перенесите его в холодную воду и определите время, в течение которого разность температур между термометром и средой (водой!) уменьшится в n = 4 раза. Разумеется, это значение температуры необходимо рассчитать заранее, так же как описано в п.2. Температура термометра в воде изменяется очень быстро, поэтому значение n целесообразно взять большим, чтобы измеряемое время составило хотя бы несколько секунд.

Сравните результаты экспериментов п.п. 1 - 4. Объясните различие в полученных величинах λ.

5. Определите коэффициент инерции резисторного термометра. Для этой цели используется электронный термометр с выводом данных на компьютер.

Порядок выполнения этой части работы следующий.

5.1. Включите компьютер. Включите тумблером электронный блок резисторного термометра, должна загореться лампочка.

5.2 При загрузки автоматически запускается программа работы с термометром (рис). Если этого не произошло, запустите иконку “Исследование инерции термометра”, которая находится на рабочем столе.

5.3 Не нагревая резисторного термометра запишите температуру окружающей среды по его показаниям. Проведите опыт без обдува датчика.

5.4 Опустите датчик в термостат с теплой водой, имеющей температуру 50 - 60⁰С. И наблюдайте изменение показаний термометра.

5.5 Когда показания перестанут сильно изменяться вытащите датчик из термостата, протрите его сухой тряпкой и установите во втулку аэродинамической трубы. Затем нажмите кнопку “Начать измерения”. На графике будет отражаться изменение температуры. Измерения будут автоматически производится в течении 150 секунд. По окончании которых появится табличка с изменением температуры термометра от времени. Перепишите её в рабочую тетрадь. Примечание: Данные в таблице изменяются только по окончании очередного измерения, поэтому данные можно переписывать в процессе подготовки и проведения следующих измерений. Если по какой либо причине нужно прервать измерения без получения результатов можно нажать кнопку “Прервать измерения”.

5.6 Повторите опыт (п.п. 5.4. - 5.5) в движущемся воздухе при 4-5 значениях скорости ветра, устанавливаемой перед проведением опыта с помощью ЛАТРа и измеряемой по графику (см.п.3). Таким образом, у Вас будет несколько кривых, характеризующих изменение температуры датчика при различных скоростях аспирации.

5.7. Определите коэффициент инерции датчика в каждом из опытов, пользуясь кривыми t(τ). Для этого определите время, в течение которого разность температур уменьшается в n раз (в данном случае допускается взять как n = 2, так и любое другое число), а затем рассчитайте коэффициент инерции λ по формуле (4).