Согласно методу, описанному в условии, составляем систему уравнений:\[\begin{array}l \begin{cases} \cfrac{\partial S}{\partial A}=0\\ \cfrac{\partial S}{\partial B}=0\end{cases},\quadгде\quad S=\sum_i\left(\Delta T_{i\ \mathrm{exp}}-\Delta T_{i\ \mathrm{th}}(d_i, A, B)\right)^2=\sum_i\left(\Delta T_i-Ad_i+BT_0^{1/2}d_i^{3/2}\right)^2\end{array}\]Таким образом, система примет вид:\[\begin{cases} \cfrac\partial{\partial A}\sum_i\left(\Delta T_i-Ad_i+BT_0^{1/2}d_i^{3/2}\right)^2=0\\\cfrac\partial{\partial B}\sum_i\left(\Delta T_i-Ad_i+BT_0^{1/2}d_i^{3/2}\right)^2=0\end{cases}\implies\begin{cases}0=\sum_i\left(\Delta T_id_i-Ad_i^2+BT_0^{1/2}d_i^{5/2}\right)\\0=\sum_i\left(\Delta T_id_i^{3/2}-Ad_i^{5/2}+BT_0^{1/2}d_i^3\right)\end{cases}\]Это -- система линейных уравнений относительно коэффициентов $A$ и $B$. Коэффициенты в ней представляют собой необходимые произведения вида $\Delta T^{k_1}d^{k_2}$. Через средние значения этих произведений по экспериментальной выборке эта система записывается несколько элегантнее в виде:\[\begin{cases}0=\overline{\Delta Td}-A\overline{d^2}+BT_0^{1/2}\overline{d^{5/2}}\\0=\overline{\Delta Td^{3/2}}-A\overline{d^{5/2}}+BT_0^{1/2}\overline{d^3}\end{cases}\]Решая эту систему, получим окончательно:\[\begin{array}lA=\cfrac{\overline{\Delta Td^{3/2}}\cdot\overline{d^{5/2}}-\overline{\Delta Td}\cdot\overline{d^3}}{\overline{d^{5/2}}^2-\overline{d^2}\cdot\overline{d^3}}\\B=\cfrac1{\sqrt{T_0}}\cfrac{\overline{\Delta Td^{3/2}}\cdot\overline{d^2}-\overline{\Delta Td}\cdot\overline{d^{5/2}}}{\overline{d^{5/2}}^2-\overline{d^2}\cdot\overline{d^3}}\end{array}\]
$T_0=273~К$ $\overline\dots$ $d,~мкм$ 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 $\Delta T,~К$ 0.138 0.266 0.394 0.532 0.662 0.777 0.831 0.954 1.137 1.189 0.688 $\Delta Td,~К\cdotмкм$ 2.76 10.64 23.64 42.56 66.20 93.24 116.34 152.64 204.66 237.80 95.05 $\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ 12.34 6729 18311 380.67 662.00 1021.39 1376.55 1930.76 2745.80 3363.00 1174.29 $d^2,~мкм^2$ 400 1600 3600 6400 10000 14400 19600 25600 32400 40000 15400 $d^{5/2},~мкм^{5/2}$ 1788.85 10119.29 27885.48 57243.34 100000.00 157744.10 231910.33 323817.23 434691.61 565685.42 191088.57 $d^3,~мкм^3$ 8000 64000 216000 512000 1000000 1728000 2744000 4096000 5832000 8000000 2420000
$T_0=323~К$ | $\overline\dots$ | ||||||||||
$d,~мкм$ | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 0.137 | 0.271 | 0.390 | 0.496 | 0.577 | 0.719 | 0.788 | 0.877 | 1.046 | 1.098 | 0.640 |
$\Delta Td,~К\cdotмкм$ | 2.74 | 10.84 | 23.40 | 39.68 | 57.70 | 86.28 | 110.32 | 140.32 | 188.28 | 219.60 | 87.92 |
$\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ | 12.25 | 68.56 | 181.26 | 354.91 | 577.00 | 945.15 | 1305.32 | 1774.92 | 2526.04 | 3105.61 | 1085.10 |
$d^2,~мкм^2$ | 400 | 1600 | 3600 | 6400 | 10000 | 14400 | 19600 | 25600 | 32400 | 40000 | 15400 |
$d^{5/2},~мкм^{5/2}$ | 1788.85 | 10119.29 | 27885.48 | 57243.34 | 100000.00 | 157744.10 | 231910.33 | 323817.23 | 434691.61 | 565685.42 | 191088.57 |
$d^3,~мкм^3$ | 8000 | 64000 | 216000 | 512000 | 1000000 | 1728000 | 2744000 | 4096000 | 5832000 | 8000000 | 2420000 |
$T_0=373~К$ | $\overline\dots$ | ||||||||||
$d,~мкм$ | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 0.139 | 0.267 | 0.373 | 0.483 | 0.563 | 0.676 | 0.760 | 0.856 | 0.901 | 1.023 | 0.604 |
$\Delta Td,~К\cdotмкм$ | 2.78 | 10.68 | 22.38 | 38.64 | 56.30 | 81.12 | 106.40 | 136.96 | 162.18 | 204.60 | 82.20 |
$\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ | 12.43 | 67.55 | 173.35 | 345.61 | 563.00 | 888.63 | 1258.94 | 1732.42 | 2175.87 | 2893.48 | 1011.13 |
$d^2,~мкм^2$ | 400 | 1600 | 3600 | 6400 | 10000 | 14400 | 19600 | 25600 | 32400 | 40000 | 15400 |
$d^{5/2},~мкм^{5/2}$ | 1788.85 | 10119.29 | 27885.48 | 57243.34 | 100000.00 | 157744.10 | 231910.33 | 323817.23 | 434691.61 | 565685.42 | 191088.57 |
$d^3,~мкм^3$ | 8000 | 64000 | 216000 | 512000 | 1000000 | 1728000 | 2744000 | 4096000 | 5832000 | 8000000 | 2420000 |
$T_0,~К$ | 273 | 323 | 373 |
---|---|---|---|
$A,~\cfracК{мм}$ | 7.46 | 7.18 | 7.59 |
$B,~\cfrac{К^{1/2}}{мм^{3/2}}$ | 0.199 | 0.208 | 0.298 |
Подставляем числа (учитывая, что $T_{0\max}=373~К$, $d_\max=0.2~мм$):\[\Delta A < \overline BT_{0\max}^{1/2}d_\max^{1/2}\implies0.41~\cfracК{мм} < 2.03~\cfracК{мм}~-~зависит~/~\underline{не~зависит}.\]
$T_0=273~К$ $\overline\dots$ $d,~мкм$ 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 $\Delta T,~К$ 0.191 0.381 0.571 0.764 0.946 1.100 1.304 1.443 1.577 1.809 1.009 $\Delta Td,~К\cdotмкм$ 3.82 15.24 34.26 61.12 94.60 132.00 182.56 230.88 283.86 361.80 140.01 $\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ 17.08 96.39 265.38 546.67 946.00 1445.99 2160.08 2920.43 3808.38 5116.62 1732.30 $d^2,~мкм^2$ 400 1600 3600 6400 10000 14400 19600 25600 32400 40000 15400 $d^{5/2},~мкм^{5/2}$ 1788.85 10119.29 27885.48 57243.34 100000.00 157744.10 231910.33 323817.23 434691.61 565685.42 191088.57 $d^3,~мкм^3$ 8000 64000 216000 512000 1000000 1728000 2744000 4096000 5832000 8000000 2420000
$T_0=323~К$ | $\overline\dots$ | ||||||||||
$d,~мкм$ | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 0.195 | 0.384 | 0.566 | 0.727 | 0.907 | 1.083 | 1.202 | 1.354 | 1.518 | 1.701 | 0.964 |
$\Delta Td,~К\cdotмкм$ | 3.9 | 15.36 | 33.96 | 58.16 | 90.7 | 129.96 | 168.28 | 216.64 | 273.24 | 340.2 | 133.04 |
$\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ | 17.44 | 97.15 | 263.05 | 520.20 | 907.00 | 1423.64 | 1991.12 | 2740.30 | 3665.90 | 4811.15 | 1643.70 |
$d^2,~мкм^2$ | 400 | 1600 | 3600 | 6400 | 10000 | 14400 | 19600 | 25600 | 32400 | 40000 | 15400 |
$d^{5/2},~мкм^{5/2}$ | 1788.85 | 10119.29 | 27885.48 | 57243.34 | 100000.00 | 157744.10 | 231910.33 | 323817.23 | 434691.61 | 565685.42 | 191088.57 |
$d^3,~мкм^3$ | 8000 | 64000 | 216000 | 512000 | 1000000 | 1728000 | 2744000 | 4096000 | 5832000 | 8000000 | 2420000 |
$T_0=373~К$ | $\overline\dots$ | ||||||||||
$d,~мкм$ | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 0.201 | 0.367 | 0.549 | 0.733 | 0.877 | 1.037 | 1.172 | 1.330 | 1.439 | 1.629 | 0.933 |
$\Delta Td,~К\cdotмкм$ | 4.02 | 14.68 | 32.94 | 58.64 | 87.70 | 124.44 | 164.08 | 212.80 | 259.02 | 325.80 | 128.41 |
$\Delta Td^{3/2},~К\cdotмкм^{3/2}$ | 17.98 | 92.84 | 255.15 | 524.49 | 877.00 | 1363.17 | 1941.42 | 2691.73 | 3475.12 | 4607.51 | 1584.64 |
$d^2,~мкм^2$ | 400 | 1600 | 3600 | 6400 | 10000 | 14400 | 19600 | 25600 | 32400 | 40000 | 15400 |
$d^{5/2},~мкм^{5/2}$ | 1788.85 | 10119.29 | 27885.48 | 57243.34 | 100000.00 | 157744.10 | 231910.33 | 323817.23 | 434691.61 | 565685.42 | 191088.57 |
$d^3,~мкм^3$ | 8000 | 64000 | 216000 | 512000 | 1000000 | 1728000 | 2744000 | 4096000 | 5832000 | 8000000 | 2420000 |
Подставляем числа (учитывая, что $T_{0\max}=373~К$, $d_\max=0.2~мм$):\[\Delta A < \overline BT_{0\max}^{1/2}d_\max^{1/2}\implies0.23~\cfracК{мм} < 2.17~\cfracК{мм}~-~зависит~/~\underline{не~зависит}\]
$T_0,~К$ | 273 | 323 | 373 |
---|---|---|---|
$A,~\cfracК{мм}$ | 10.37 | 10.44 | 10.60 |
$B,~\cfrac{К^{1/2}}{мм^{3/2}}$ | 0.197 | 0.256 | 0.300 |
\[\overline A=10.47~\cfracК{мм}\\\varkappa_\perp=37.7~\cfrac{мВт}{м\cdotК}\ne\varkappa_\perp(T_0)\]
Согласно методу, описанному в условии, составляем систему уравнений:\[\begin{array}l \begin{cases} \cfrac{\partial S}{\partial A}=0\\ \cfrac{\partial S}{\partial B}=0\end{cases},\quadгде\quad S=\sum_i\left(\Delta T_{i\ \mathrm{exp}}-\Delta T_{i\ \mathrm{th}}(d_i, A, B)\right)^2=\sum_i\left(\Delta T_i-\cfrac A{d_i}+\cfrac B{d_i^2}\right)^2\end{array}\]Таким образом, система примет вид:\[\begin{cases} \cfrac\partial{\partial A}\sum_i\left(\Delta T_i-\cfrac A{d_i}+\cfrac B{d_i^2}\right)^2=0\\\cfrac\partial{\partial B}\sum_i\left(\Delta T_i-\cfrac A{d_i}+\cfrac B{d_i^2}\right)^2=0\end{cases}\implies\begin{cases}0=\sum_i\left(\Delta T_id_i^{-1}-Ad_i^{-2}+Bd_i^{-3}\right)\\0=\sum_i\left(\Delta T_id_i^{-2}-Ad_i^{-3}+Bd_i^{-4}\right)\end{cases}\]Это -- система линейных уравнений относительно коэффициентов $A$ и $B$. Коэффициенты в ней представляют собой необходимые произведения вида $\Delta T^{k_1}d^{k_2}$. Через средние значения этих произведений по экспериментальной выборке эта система записывается несколько элегантнее в виде:\[\begin{cases}0=\overline{\Delta Td^{-1}}-A\overline{d^{-2}}+B\overline{d^{-3}}\\0=\overline{\Delta Td^{-2}}-A\overline{d^{-3}}+B\overline{d^{-4}}\end{cases}\]Решая эту систему относительно $A$, получим окончательно:\[A=\frac{\overline{\Delta Td^{-2}}\cdot\overline{d^{-3}}-\overline{\Delta Td^{-1}}\cdot\overline{d^{-4}}}{\overline{d^{-3}}^2-\overline{d^{-2}}\cdot\overline{d^{-4}}}.\]
$T_0=273~К$ $\overline\dots$ $d,~мкм$ 120 140 160 180 200 $\Delta T,~К$ 1.372 1.157 1.055 0.948 0.846 $\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ 11.43 8.26 6.59 5.27 4.23 7.16 $\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ 95.28 59.03 41.21 29.26 21.15 49.19 $d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ 69.44 51.02 39.06 30.86 25.00 43.08 $d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ 578.70 364.43 244.14 171.47 125.00 296.75 $d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ 4.823 2.603 1.526 0.953 0.625 2.106
$T_0=323~К$ | $\overline\dots$ | |||||
$d,~мкм$ | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 1.407 | 1.247 | 1.144 | 1.019 | 0.948 | |
$\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ | 11.73 | 8.91 | 7.15 | 5.66 | 4.74 | 7.64 |
$\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ | 97.71 | 63.62 | 44.69 | 31.45 | 23.70 | 52.23 |
$d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ | 69.44 | 51.02 | 39.06 | 30.86 | 25.00 | 43.08 |
$d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ | 578.70 | 364.43 | 244.14 | 171.47 | 125.00 | 296.75 |
$d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ | 4.823 | 2.603 | 1.526 | 0.953 | 0.625 | 2.106 |
$T_0=373~К$ | $\overline\dots$ | |||||
$d,~мкм$ | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | |
$\Delta T,~К$ | 1.455 | 1.356 | 1.194 | 1.107 | 1.024 | |
$\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ | 12.13 | 9.69 | 7.46 | 6.15 | 5.12 | 8.11 |
$\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ | 101.04 | 69.18 | 46.64 | 34.17 | 25.60 | 55.33 |
$d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ | 69.44 | 51.02 | 39.06 | 30.86 | 25.00 | 43.08 |
$d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ | 578.70 | 364.43 | 244.14 | 171.47 | 125.00 | 296.75 |
$d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ | 4.823 | 2.603 | 1.526 | 0.953 | 0.625 | 2.106 |
$T_0,~К$ | 273 | 323 | 373 |
---|---|---|---|
$A,~мкм\cdotК$ | 179.6 | 218.8 | 247.5 |
$\varkappa_\parallel,~\cfrac{Вт}{м\cdotК}$ | 52.5 | 43.1 | 38.1 |
\[\rho=9.85\cdot10^2\]
Вычислить по МНК коэффициенты $\varkappa_{\parallel,0}$ и $n$ для моделирующей функции вида:\[\varkappa_\parallel=\frac{\varkappa_{\parallel,0}}{T_0^n}\]можно с помощью стандартного калькулятора.
$T_0=273~К$ $\overline\dots$ $d,~мкм$ 120 140 160 180 200 160 $\Delta T,~К$ 1.596 1.417 1.284 1.163 1.084 1.309 $\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ 13.30 10.12 8.03 6.46 5.42 8.67 $\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ 110.83 72.30 50.16 35.90 27.10 59.26 $d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ 69.44 51.02 39.06 30.86 25.00 43.08 $d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ 578.70 364.43 244.14 171.47 125.00 296.75 $d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ 4.823 2.603 1.526 0.953 0.625 2.106
$T_0=323~К$ | $\overline\dots$ | |||||
$d,~мкм$ | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | 160 |
$\Delta T,~К$ | 1.678 | 1.482 | 1.370 | 1.255 | 1.162 | 1.389 |
$\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ | 13.98 | 10.59 | 8.56 | 6.97 | 5.81 | 9.18 |
$\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ | 116.53 | 75.61 | 53.52 | 38.73 | 29.05 | 62.69 |
$d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ | 69.44 | 51.02 | 39.06 | 30.86 | 25.00 | 43.08 |
$d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ | 578.70 | 364.43 | 244.14 | 171.47 | 125.00 | 296.75 |
$d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ | 4.823 | 2.603 | 1.526 | 0.953 | 0.625 | 2.106 |
$T_0=373~К$ | $\overline\dots$ | |||||
$d,~мкм$ | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | 160 |
$\Delta T,~К$ | 1.763 | 1.607 | 1.509 | 1.355 | 1.307 | 1.508 |
$\Delta Td^{-1},~10^{-3}~К\cdotмкм^{-1}$ | 14.69 | 11.48 | 9.43 | 7.53 | 6.54 | 9.93 |
$\Delta Td^{-2},~10^{-6}~К\cdotмкм^{-2}$ | 122.43 | 81.99 | 58.95 | 41.82 | 32.68 | 67.57 |
$d^{-2},~10^{-6}~мкм^{-2}$ | 69.44 | 51.02 | 39.06 | 30.86 | 25.00 | 43.08 |
$d^{-3},~10^{-9}~мкм^{-3}$ | 578.70 | 364.43 | 244.14 | 171.47 | 125.00 | 296.75 |
$d^{-4},~10^{-9}~мкм^{-4}$ | 4.823 | 2.603 | 1.526 | 0.953 | 0.625 | 2.106 |
Вычислить по МНК коэффициенты $\varkappa_{\parallel,0}$ и $n$ для моделирующей функции вида:\[\varkappa_\parallel=\frac{\varkappa_{\parallel,0}}{T_0^n}\]можно с помощью стандартного калькулятора.
$T_0,~К$ | 273 | 323 | 373 |
---|---|---|---|
$A,~мкм\cdotК$ | 250.0 | 276.7 | 325.7 |
$\varkappa_\parallel,~\cfrac{Вт}{м\cdotК}$ | 37.7 | 34.1 | 29.0 |
\[\rho=1.000\cdot10^3\\n=1.02\]
Согласно методу, описанному в условии, составляем систему уравнений:\[\begin{array}l \begin{cases} \cfrac{\partial S}{\partial\left( \Delta T_\max\right)}=0\\ \cfrac{\partial S}{\partial C}=0\end{cases},\quadгде\quad S=\sum_i\left(\Delta T_{i\ \mathrm{exp}}-\Delta T_{i\ \mathrm{th}}(d_i, A, B)\right)^2=\sum_i\left(\Delta T_i-\Delta T_\max+Cd_i\right)^2\end{array}\]Таким образом, система примет вид:\[\begin{cases} \cfrac\partial{\partial \left(\Delta T_\max\right)}\sum_i\left(\Delta T_i-\Delta T_\max+Cd_i\right)^2=0\\\cfrac\partial{\partial C}\sum_i\left(\Delta T_i-\Delta T_\max+Cd_i\right)^2=0\end{cases}\implies\begin{cases}0=\sum_i\left(\Delta T_i-\Delta T_\max+Cd_i\right)\\0=\sum_i\left(\Delta T_id_i-\Delta T_\max d_i+Cd_i^2\right)\end{cases}\]Это -- система линейных уравнений относительно коэффициентов $A$ и $B$. Коэффициенты в ней представляют собой необходимые произведения вида $\Delta T^{k_1}d^{k_2}$. Через средние значения этих произведений по экспериментальной выборке эта система записывается несколько элегантнее в виде:\[\begin{cases}0=\overline{\Delta T}-\Delta T_\max+C\overline d\\0=\overline{\Delta Td}-\Delta T_\max\overline d+C\overline{d^2}\end{cases}\]Решая эту систему относительно $\Delta T_\max$, получим окончательно:\[\Delta T_\max=\frac{\overline{\Delta T}\cdot\overline{d^2}-\overline d\cdot\overline{\Delta Td}}{\overline{d^2}-\overline d^2}.\]
Можно, конечно, воспользоваться формулой из предыдущего пункта, но так как моделирующая функция – это попросту линейная зависимость, величину $\Delta T_\max$ можно вычислить по МНК и с помощью стандартного калькулятора.
$T_0,~К$ | 273 | 323 | 373 |
$\overset{\mathrm{MoS_2:}}{\Delta T_\max,~К}$ | 2.841 | 2.451 | 2.159 |
$\overset{\mathrm{WS_2:}}{\Delta T_\max,~К}$ | 3.155 | 2.679 | 2.293 |
Вычислить по МНК коэффициенты $\Delta T_{\max,0}$ и $m$ для моделирующей функции вида:\[\Delta T_\max=\frac{\Delta T_{\max,0}}{T_0^m}\]можно с помощью стандартного калькулятора. Получим в итоге:
Материал | $\rm MoS_2$ | $\rm WS_2$ |
---|---|---|
$m$ | 0.88 | 0.83 |
В теплопередачу между образцом и окружающей средой основной вклад вносит теплопроводность.