Коэффициент диффузии равен количеству вещества, перенесенного за единицу времени через единицу площади при градиенте плотности, равном единице.
Как видно, уравнения Фурье и Фика имеют одинаковый вид, что свидетельствует об их общей физической природе.
Целью работы является определение коэффициента теплопроводности К твердого тела путем сравнения его с известным коэффициентом теплопроводности другого тела
Одним из методов определения k является метод температурного градиента, который реализуется в установке, изображенной на рисунке.
Нагреватель через медную пластину передает теплоту верхнему образцу, который в свою очередь передает ее через среднюю медную пластину нижнему образцу, и в конце поглощается холодильником. Благодаря наличию нагревателя и холодильника, которые имеют заданные и неизменные температуры можно создать постоянный градиент температуры.
Медные пластины служат для создания равномерного распределения температуры по поверхности образца, а так же позволяют измерять температуру на их поверхностях. Наличие термоизоляции вокруг установки исключает потери тепла через боковые поверхности.
При включении нагревателя на установке возникает градиент температуры, направленный снизу вверх, а перенос тепла устанавливается сверху вниз. Количество теплоты, перенесенной через верхний образец, равно:
,
а через нижний слой соответственно:
,
L1, L2 - толщина соответствующих образцов.
По истечении некоторого времени Dt установится стационарный процесс, т.е. количество теплоты, перенесенное через верхний и нижний образцы оказывается одинаковыми за один и тот же промежуток времени
.
Признак наступления стационарного процесса - постоянство температур на всех трех термометрах: каждый из них держит свою температуру.
.
Поскольку площади всех пластин и время одинаковы, они сокращаются, что позволяет определить коэффициент теплопроводности верхнего образца при условии, что коэффициент теплопроводности нижнего известен:
.
Выполнение работы
1. Включите нагреватель и откройте воду, протекающую через холодильник.
2. Через 5-7 минут на нагревателе установится заданная преподавателем температура. Через каждые 3-4 минуты снимите показания термометров и занесите их в таблицу.
| мин | 0 | 3 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | 27 |
| t1 C0 | |||||||||
| t2 C0 | |||||||||
| t3 C0 |
Следите за установлением стационарного процесса. Когда показания каждого термометра перестанут изменяться, значит стационарный процесс наступил.
Установившиеся температуры занесите в таблицу и рассчитайте К1 .
Повторите опыт для других температур.
| № | t1, C° | t2, C° | t3, C° | K1 | DK1 |  100%
| Kист = <K>±<DK> |
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 |