VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

На рис.1 дана, цепь, состоящая из источника питания 1 проволочного сопротивления 2, амперметра 3 , вольтметра 4.Для постановки опыта необходим штатив 5, секундомер 6, кисть для жидких кристаллов 7, жидкие

Рис.1. Установка для исследования динамики разогрева проволочного сопротивления ПЭ.1. Блок питания типа ВУП-2. 2.Проволочное сопротивление ПЭВ3. Амперметр. 4.Волтметр. 5.Физический штатив. 6.Секундомер.

кристаллы холестерического типа с мезофазой 55-60℃, чёрный лак. Электронный фотоаппарат типа «Nokia» в режиме видео. Требуется, применяя жидкие кристаллы рассчитать не электрические параметры сопротивления 2.

Как известно при прохождении электрического тока через сопротивление 2 в нём согласно закону Джоуля – Ленца выделяется тепло:

Q₁ = k I²R t (1)

При наличии измерительных инструментов определить, количества тепла изделия не проблема. Однако, в том случае, если требуется определить массу, удельную теплопроводность материала, сделать с помощью уравнения (1) , не возможно.

Нанесём на зачернённую поверхность сопротивления плёнку жидких кристаллов холестерического типа с мезофазой 55-60℃ .Включаем секундомер 6 , замыкаем цепь на сопротивление 2, включаем фотокамеру. Напряжение, ток, время фиксируем с 1-по 12 кадр рис.2 .

Рис.2. Тепловые поля проволочного сопротивления в интервале 0 - 27 с.. 1.T₁ =24℃, t₁=1 c; 2.T₂=55℃, t₂ = 5c; 3.T₃=55,5℃, t₃ = 6c ; 4.T₄=56℃, t₄= 7c ; 5.T₅=56,5℃, t₅= 8c ; 6.T₆=56,8℃, t₆= 9c ; 7.T₇=57℃, t₇ = 10c ; 8.T₈ = 57,5℃, t₈=11c ; 9.T₉ = 58℃,t₉ = 12c ; 10.T₁₀= 58,5℃, t₁₀ = 13c ; 11.T₁₁=59℃, t₁₁= 15c ; 12.T₁₂=60℃, t₁₁= 27c .

Если положить Q₁=Q₂,

Где

Q₂=C_vm(T₂-T₁) (2)

Тогда

k I²R t=C_vm(T₂-T₁). (3)

Откуда

m =kI2Rt(Т2-Т1)Сv , где Сv –0,8 кДжкг℃ , берём из справочника. (4).

И наоборот, если известна масса, находим удельную теплоёмкость С_v:

Сv=kI2Rtm(Т2-Т1) (5)

Такой подход позволяет в пределах инструментальных погрешностей рассчитать отмеченные параметры по цветовой картине сопротивления. При этом следует помнить, что m в уравнении (4) это масса прогретого участка сопротивления в измеряемый момент времени, а не масса всего сопротивления в целом. Это видно по кадрам с 2 по 11 рис.2.

Литература.

1.Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Том 2. Физматгиз. М.1962.С.509.