用计算机实测技术研究冷却规律

  • 实验地点:恒隆物理楼二楼西侧 202-208室

实验基本介绍

对流冷却规律是量热学的基本规律,在热学实验中经常用到它。而籍计算机用最小二乘法作直线拟合来求得对流冷却的经验公式,又是实验数据处理的基本方法之一。传统的冷却规律实验,在冷却过程中的数据采集及数据结果变换、处理、结果分析,均由实验者人工记录及处理,而本实验利用现代的传感器技术及计算机技术实时地对整个冷却过程进行监测、记录和分析,由此更准确地获取实验的动态信息,提高了实验精度,加速了实验结果的分析过程,从而大大节省实验工作人员的劳动强度和工作量,这也是现代物理实验的发展方向。

三种热量传递方式:辐射、传导、对流。

对流两种类型:自然对流、强迫对流。

在稳态时,发热体因对流而散失的热量可由下式表示:

{{Delta}Q}/{{Delta}t}=E({theta}-{theta}_{0})^{m} (1)

式中ΔQ/Δt表示在单位时间内发热体因对流而散失的热量;θ为该热体表面的温度;{theta}_{0}为周围流体的温度(一般即为室温);式中E与流体的比热容、密度、粘度、导热系数以及流体速度的大小和方向等有关。当流体是气体时,m与对流条件有关:在自然对流条件下,m=5/4;在强迫对流时,若流体的流动速度足够快而使发热体周围流体的温度始终保持为{theta}_{0}不变,则m=1。 由量热学可知,对一定的物体,单位时间损失的热量与单位时间温度的下降值成正比,

{{Delta}Q}/{{Delta}t}=MC {{Delta}{theta}}/{{Delta}t} (2)

式中M为物体的质量,而C为物体材料的比热容。以(2)式代入(1)式,可得:

{{Delta}{theta}}/{{Delta}t}=E/MC({theta}-{theta}_{0})^{m},

令k=E/MC,则上式可写成: {{Delta}{theta}}/{{Delta}t}=k({theta}-{theta}_{0})^{m},

如以微分形式表示,则有 {d{theta}}/dt=k({theta}-{theta}_{0})^{m} (3)

实验内容预习

注意事项:请根据补充教材内容预习本实验。

预习要求:

1)熟悉计算机实测物理实验的整体实验框架及信号流程;

2)知道物体散热方式的分类及特点;

3)了解AD590温度传感器的特性与作用;

4)了解对缓变信号如何进行计算机采样参数设置的原则;

5)熟悉实验内容,并写好预习报告。

实验仪器及器材

电阻加热器、调压变压器、风扇、九孔板、10KΩ电阻、AD590温度传感器(AD590是一个电流型的集成温度传感器,在-50℃~+150℃温度范围内,其输出电流与温度成线性关系,其灵敏度为1μA/℃。)、计算机实测实验仪(包含了数据采集设备)、计算机。

实验设备图

冷却规律20181107

参考文献资料

1.贾玉润、王公治、凌佩玲.大学物理实验.复旦大学出版社,1987:P149-153

2.沈元华、陆申龙,基础物理实验(面向21世纪课程教材),北京:高等教育出版社,2003,313-315

实验操作指南

冷却规律操作指南 —–实验室有提供,不需抄写或者打印。高渊 2017/04/06 17:10

冷却规律讨论区

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  • 最后更改: 2022/02/25 11:03
  • 由 gaoy