关于“重力场导致绝热体系内稳恒
温度梯度”的实验报告
何沛平、朱顶余
e-mail: lshpp@public.hy.js.cn
2002年12月公布于熵信息复杂性网站
一、实验目的和意义:
用实验验证,
一个处于重力场中的绝热体系内稳定后,
在水平
(等势)
面上温度处处相等;
而在铅直方向上存在着稳恒的温度梯度,
即沿铅直方向上升而递减。由此试图证明,
经典的平衡态(均温)
原理及其相关的热学定律仅适用于等势面上,
而在非等势面上是不适用的。
二、实验方法:
用液体(水银)
温度计直接测出水银柱(与外界绝热)
两端的温度,
方案一:
水银柱水平放置;
方案二:
水银柱铅直放置(A端在上、B端在下);
方案三:
水银柱铅直放置(B端在上、A端在下)
。每种方案至少放置10小时后观测,
且在每天选中午12点和晚上21点左右分别观测两次。另外,
室温的变化会影响实验装置内的水银温度,
因此在装置上下两端外部也各放置一根温度计观测,
以便在实验数据处理时扣除这些因素。
三、实验器材
1、空心玻璃管一根,
长度1700mm,
外径8mm,
内径3mm。2、硅胶管二根,
每根长度10mm,
内径小于8mm(保证套在玻璃管上密合),
外径约10mm。3、水银约200g。4、水银温度计4根,
外径8mm,
量度范围在0℃～50℃之间,
最小刻度0.1℃,
注意在同一环境中,4根温度计的温度指示要基本一致。4、支架木板材料适当。5、保温材料适当,
分别为发泡塑料,
即常见的商品包装材料,
以及铝箔。
四、实验装置构造
(由于技术问题，原图略去了，需要者与作者联系--编者）
实验装置说明:
1、水银柱夹在两片木板之间,
板的相应位置有凹槽。
2、温度计固定在单片木板的凹槽内,
在凹槽内垫上白纸便于观测清楚。
3、硅胶管连接着温度计和玻璃管,
胶管两端用细铜丝轧紧,
在胶管外用布条缠紧,
以便承受较大的压力。
4、温度计的前端水银包要确保全部浸泡在胶管的水银中,
如有气泡将会影响实验的准确性,
这需反复检查调试。
5、在发泡塑料外围裹一层铝箔,
防止热辐射的影响。
6、室内要密封,
尽可能不受外界气温变化的影响。
五、实验数据
日期
时间
上端温度(℃) 下端温度(℃)
下端高于上端温度差值
11.14
11.30 A13.25
B13.90
0.65
11.15
12.30 A12.45
B13.25 0.80
11.15
21.20 A12.75
B13.40
0.65
11.16
13.00 A12.00
B12.60
0.60
11.16
20.20 A13.20
B13.25
0.05
11.17
21.15 B12.00
A12.85
0.85
11.18
11.30 B10.10
A11.35
1.25
11.18
20.45 B10.10
A11.15
1.05
11.19
11.30 B9.85
A10.85
1.00
11.19
22.00 B10.85
A11.40
0.55
实验装置水平放置长时间后两端温度虽会有波动,
但总会趋于温度一致,
故略。本实验的几天内为非晴天,室内温度在10.00℃～13.00℃之间,
每天室温变化幅度、速度很小,
对实验影响较小。本实验中的温度计最小刻度为0.10℃,
数据中出现的0.05℃为估读值。另外观测表明在装置的下端室温比上端室温平均高0.10℃。
实验装置上下倒置多次观测(取平均值)
可抵消实验装置不对称及室温变化带来的干扰。
六、
实验数据处理和结论
本实验数据剔除一个最高值1.25℃及一个最低值0.05℃,
其它数据取算术平均值,
再减去0.10℃,
即得下端高于上端温度平均差值:
本实验表明:
水银柱竖直起来后,
很短时间即可表现出下端温度升高,
而上端温度降低,
随时间延长(历经弛豫时间)其温差值不断增加直至稳定,
且总是水银柱下端温度高于上端温度,
无一例外。
本实验原则上达到了预期目的,
至少能够定性证明一个处于重力场中的绝热体系稳定后,
在水平(等势)
面上温度处处相等;
而在铅直方向上存在着稳恒的温度梯度。上述现象意味着无传导热流伴随,
这可初步推断势函数梯度和已公认的温度梯度一样,
都是传导热流的动力,
该实验中出现的稳恒的温度梯度,
并未引起传导热流,
即表明这里的温度梯度被势函数梯度抵消,处于热动平衡状态,
这也启示人们去再认识传导热流的动力因素,进而确认经典的平衡态(均温)
原理及其相关的热学定律的适用范围。
实验报告人:
1)何沛平、
2)朱顶余
时间:2002年11.13～11.20
地址:
江苏省涟水县县城安东路6号,
何沛平住所
工作单位：1)江苏省涟水县高校招生办公室；2)
江苏省涟水县保滩中学