Измерение коэффициента теплопроводности металла

Исследовательская работа по  физике на  тему «Изучение теплопроводности металла»                                Учитель: МАОУ Школа №38                                                      г.Уфы                Абулхаерова Г.Н. Физика­наука экспериментальная. Использование эксперимента в учебном процессе  позволяет: показать явления, которые изучаются на уроке; проиллюстрировать  установленные в науке законы и закономерности в доступном для учеников виде и  сделать и содержание понятным; увеличить наглядность преподавания; усилить  интерес учеников к изучению физики.   Таким образом, учебный эксперимент является одновременно методом обучения, источником знаний и средством обучения. Учебный эксперимент ­ это воссоздание  физического явления в лабораторных условиях с последующим анализом и обобщением полученных с помощью установки экспериментальных данных, познание окружающего  мира путем исследования его объектов, явлений и процессов.  Экспериментальные исследования в школе преследуют несколько важных целей:  глубокое понимание учащимися физических явлений, умение применять научные  методы исследования; развитие научного стиля мышления; способность видеть и  решать проблемы, планировать и оценивать свою деятельность и ее результаты.  При изучении темы «Теплопроводность», я совместно с учащимися изготовила  экспериментальную установку. Теплопроводность представляет собой процесс  распространения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных  частиц тела, имеющих различные температуры. Теплопроводность обусловлена  обменом энергией между микрочастицами вещества. В общем случае процесс передачи  тепла в твердом теле сопровождается изменением температуры, как в пространстве,  так и во времени. Таким образом, исследование теплопроводности  сводится к  изучению пространственно­временного изменения температуры. Рис. 1  Внешний вид установки.  1­ Пружинные контакты. 2­ Светодиодные лампы. 3­ Основание установки из текстолитового листа. 4­ Зажимы­контакты.         При проведении эксперимента использовали прутки из меди и алюминия  разного диаметра. 2 5 – Металлический пруток. 6 – Горелка. 7 – Источник питания. Рис.  Перед началом эксперимента, для изоляции пружинных контактов от  стержня, поверхность стержня либо поверхность пружин покрываем слоем  парафина. По мере нагревания поверхности стержня, парафин будет плавиться и  тем самым исчезнет изолирующий слой между пружиной, что впоследствии  замкнет электрическую цепь и загорится светодиод, соответствующий данной  пружине. Электрическая схема установки приведена на рисунке 3.Расстояние  между контактами 2 см. При помощи секундомера замеряем время загорания  светодиодов. Рис.3 Электрическая схема установки. В настоящей работе  рассматривается теплопроводность металлов. Если  взять металлический стержень и нагревать один конец его, то начнется перенос  энергии, и температура  различных его участков будет повышаться. Цель работы  определить коэффициент теплопроводности металлических прутков.    Q c m T Q k  S t  T l k   Q l   S t T    c m l  S t V S l   m ; V  k  c     l l t  2   c l  t Где:       с – удельная теплоемкость  материала стержня (справочная); ­  плотность металла; S – поперечное сечение стержня, м2; Q – количество теплоты, Дж; l  ­ длина, м; T – температура, 0С;   t – время нагрева, с; k – коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К. Суть проведения эксперимента заключается в замере времени загорания  светодиодов. Зная материал металлического прутка и его физические параметры, такие как удельная теплоемкость, плотность и поперечное сечение стержня,  длину и время распространения тепловой энергии можно экспериментально  рассчитать коэффициент теплопроводности металла. Результаты измерений  оформляем в таблице. Номер опыта Время, с Длина, м Удельная теплоемкость (табличная) Поперечное сечение стержня, м2 1 2 3 Достоинством установки считаю, наглядность демонстрации процесса  передачи тепла в различных металлах, при изучении тепловых явлений,  возможность рассчитать коэффициент теплопроводности для разных металлов.  Недостатком является наличие погрешности при измерении из­за отвода тепла от стержня и наличие слоя парафина между пружинами и металлическим прутком.