DSCF6600

156

Z ostatniego równania wyznaczyć można współczynnik przewodności cieplnej x:

(6)

mc(T₄ — T₃)d

i ■ 1H

Układ doświadczalny przedstawiony jest na rys. 46. Ciepło dostarczane przez grzałkę G odbiera woda opływająca chłodnicę. Różnicę temperatur wody wpływającej i wypływającej oraz spadek temperatury na odcinku d pręta, najwygodniej jest mierzyć za pomocą termistorów (por. ćw. E-8), włączonych w układ mostka niezrównoważonego. Małe rozmiary termistorów pozwalają m. in. uniknąć znaczniejszych zakłóceń rozkładu temperatury w pręcie.

4. Pomiary

Po dokonaniu niezbędnych pomiarów pręta, należy włączyć grzałkę i ustalić strumień wody przepływającej przez chłodnicę. Temperatury ... T₄ mierzymy po osiągnięciu stanu równowagi przez układ.

Po zmierzeniu masy wody m, która w czasie t przepłynęła przez chłodnicę, pojmiary powtarzamy kilkakrotnie, zmieniając szybkość przepływu wody.

5. Opracowanie

W oparciu o związek 6 obliczamy współczynniki przewodności cieplnej dla kilku serii pomiarowych. W wypadku występowania zależności otrzymanej wartości współczynnika przewodności cieplnej od szybkości przepływu wody przez chłodnicę należy graficznie oszacować „rzeczywistą” wartość x.

Pytania

1.    Dlaczego nie należy uśredniać wyników otrzymanych w różnych seriach?

2.    W jaki sposób można uwzględnić straty cieplne? (Por. przypis na s. 155).

(vll- Sprawdzanie prawa Wiedemanna-Franza (291 [Wstęp

W metalach siatkę krystaliczną tworzą jony dodatnie. Potencjał elekt-Mjny U jest funkcją okresową, osiągającą maksimum w pobliżu jonów; [saab potencjału zależny jest od budowy siatki. Jednak w bardzo uproszonym modelu można przyjąć, że potencjał w metalu jest stały i elektrony mogą poruszać się swobodnie między jonami siatki, tworząc tzw. gaz {lektronowy. Na podstawie takiego klasycznego obrazu Drude wyjaśnił streg własności metali, w tym empiryczne prawo Wiedemanna-Franza, mówiące o związku przewodności elektrycznej i termicznej metali. Model gazu elektronowego nie tłumaczył jednak zbyt niskiej, z klasycznego punktu lidzenia, wartości ciepła właściwego metali. Przyczyną niepowodzenia było a, że elektrony zachowują się inaczej niż molekuły zwykłego gazu - są litodróżnialne i podlegają zakazowi Pauliego. Zakaz Pauliego mówi, że dwa elektrony nie mogą znajdować się w jednakowym stanie kwantowym, a. nie mogą mieć jednakowych czterech liczb kwantowych n, /, m, s. W związku z tym nie podlegają rozkładowi Boltzmanna:

(1)

isz rozkładowi Fermiego-Diraca:

1

(2)

gdzie /(£) jest prawdopodobieństwem tego, że elektron posiada energię E, J jest stałą, E_p oznacza tzw. energię Fermiego.

1 Zarys teorii

Elektrony w metalach znajdują się w bezładnym ruchu termicznym, na flory, po przyłożeniu pola elektrycznego, nakłada się prędkość związana i działaniem siły F = eE. W rezultacie elektrony uzyskują wypadkową