Logo
Logo

Теплопроводность и теплопотери

Оборудование
ОборудованиеКоличествоХранениеПримечание
1Металлическая линейка 20 см1Общее 
2Штангенциркуль1 
3Термометр1Без кожуха для удобства измерений
4Секундомер1 
5Штатив с муфтой и перекладиной1 
6Мерный цилиндр 250 мл1 
7Весы1Pocker Scale MH-200
8Блок питания1Достаточно пределов $15~ В$ и $2 ~А$
9Соединительные провода крокодил–банан2 
10Ножницы1 
11Салфетки10 Нужны для поддержания чистоты на рабочем месте
12Нить2 м  
13Резистор $10~ Ом$, $10~ Вт$2BoxЦементированный; нужно скрутить попарно ножки двух резисторов, чтобы между ними удобно удерживалась линейка
14Термопаста КПТ-85-10 г Удобно выдавать в шприце
Расходники, которые нужно закупить ранее
Нить, термопаста и салфетки
Использование оборудования в практикуме
Подготовка оборудования перед выполнением работы
  1. Проверить работоспособность электронных приборов, при необходимости заменить батарейки.
  2. Подключить источник питания к сети.
  3. По возможности дозировать термопасту. Идеальный вариант – в небольшой шприц.
  4. Нарезать нить по $\sim2~м$.
  5. Собрать штатив, укрепив перекладину в муфте.
  6. Вскипятить чайник из расчёта $\sim300~мл$ на человека. Поддерживать температуру воды около кипения в течение всего выполнения части A.
  7. Проверить, что в мерном цилиндре (особенно на дне) нет трещин.
Возможные проблемы во время выполнения работы
  1. Если стекло, из которого изготовлен мерный цилиндр, некачественное, его дно может лопнуть при наливании кипятка. За этим надо тщательно следить, наливать кипяток по требованию лучше за отдельной от школьника партой.
  2. Резисторы при выполнении работы значительно нагреваются (вплоть до $\sim200^\circ\mathrm C$). Если школьник собрал неустойчивую установку, из-за чего резистор сместился или упал на стол, необходимо выключить питание, подождать $\sim3-5$ минут до охлаждения и только потом пересобрать установку. Школьник не должен прикасаться к нагретым резистору и линейке!
Самостоятельная уборка школьниками после работы
  1. Срезать и развязать нити.
  2. Стереть салфетками всю термопасту.
  3. Отсоединить все провода.
Подготовка оборудования во время пересменки
  1. Срезать и развязать нити, выдать новый отрезок.
  2. Стереть салфетками всю термопасту, выдать новую порцию.
  3. Отсоединить все провода.
  4. Слить воду из цилиндра в чайник.
Работа со школьниками
Перед началом работы
Школьникам необходимо показать, как вязать петли из выданной им нити. Пояснить, что перед проведением измерений нужно продумать, как удобно поддерживать линейку в подвешенном состоянии.

Объяснить, как работать с термопастой. Она используется для поддержания теплового контакта, поэтому надо стараться намазывать её только на поверхности, между которыми нужно обеспечить переход тепла, и, например, не размазывать по поверхности линейки. Даже небольшое количество термопасты справляется с задачей, поэтому нужно стараться не использовать слишком много. Термопаста не вредит при попадании на кожу, однако сильно пачкается, поэтому стирать её с предметов надо только салфетками. Она не растворяется в воде, поэтому отмывается сложнее обычного.

Объяснить, как работать со штангенциркулем (см. Измерение геометрических размеров тел. Работа со штангенциркулем и микрометром).

Во время работы
Проконтролировать, что школьник проводит измерения, подвесив линейку в воздухе, иначе объяснить, что это неправильно, поскольку контакт со столом влияет на процессы теплообмена.
На разборе

Получение и линеаризация экспериментальных точек обычно получаются практически у всех школьников. Наибольшие затруднения вызывает обработка и вывод теоретических зависимостей.

  1. Обратить внимание, что в экспериментах на теплоту всегда нужно учитывать на комнатную температуру. Её удобнее всего измерить термометром до начала остальных измерений, нежели ждать после проведения измерений, когда термометр остынет обратно.
  2. Вывести уравнение теплового баланса для линейки в части B. Получить взаимосвязь между величинами, измеряемыми в задаче.
  3. Очень часто школьники получают значения, отличающихся от правильных на несколько порядков, потому что ошибаются в переводе единиц измерения в СИ (например, забывают или пишут $см^{-1}=0.01~м^{-1}$ вместо $см^{-1}=100~м^{-1}$) или путают показатель степени и обратную к нему величину. Обратить внимание всех детей на это. Школьников, совершивших такие ошибки, попросить проанализировать своё решение и получить правильный ответ.
Изготовление оборудования
Список комплектующих для закупки
НаименованиеВажные замечанияКоличество
на установку
При пересменкеСсылка
1Термопаста КПТ-8Удобнее всего выдавать пасту в шприце5-10 гСтереть пасту со всех элементов оборудования, выдать новую порциюhttps://www.vseinstrumenti.ru/product/termopasta-kremnijorganicheskaya-kpt-8-250-g-techhim-th-kpt-8-250-13045319/
2Резистор 10 Ом 10 Вт цементированный 2 https://www.chipdip.ru/product/sqp-10w-10-om-5
3Цилиндр мерный 250 мл 1Слить воду обратно в чайникhttps://minimed.ru/product/2474/
4Нить лавсановая 2 мВыдать новую, старую собрать и выкинутьhttps://qvadrant.ru/nit-lavsanovaya-dlya-proshivki-dokumentov-belaya-diametr-1-mm-dlina-1000-m-lsh-210-brauberg