4. Порядок проведения и сдачи работы

1. Ознакомиться с описанием и устройством экспериментальной установки и начертить её схему.

2. Провести опыт и занести его результаты в протокол испытаний (таблица 4.1).

3. Провести обработку результатов эксперимента и определить коэффициент теплопроводности.

4. Законченную и оформленную работу сдать преподавателю, предварительно подготовив ответы на контрольные вопросы.

Таблица 4.1

Экспериментальные данные						Расчетные данные
W	t1	t2	t2	d1	d2	Q	Т1	Т2	(d2-d1) / 2·d1·d2	λ
Вт	0С	0С	0С	м	М	Вт	К	К	1 / м	Вт/м·К

5. Контрольные вопросы

1. Поясните понятия «температурное поле», «стационарное температурное поле», «одномерное стационарное температурное поле».

Температурное поле, совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически Температурное поле может быть описано

уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное Температурное поле). Для установившихся (стационарных) режимов Температурное поле от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость Температурное поле от двух, а иногда от одной координаты. Графически Температурное поле изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, а для двухмерного поля - посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально градиенту температуры; при этом скалярному Температурное поле соответствует векторное поле градиентов температуры (см. Поля теория).

температурное поле, которое не изменяется во времени, называют стационарным температурным полем.

В зависимости от числа координат различают трехмерное, двумерное, одномерное и нульмерное (однородное) температурные поля.

2. Поясните понятие «изотермическая поверхность», могут ли пересекаться две изотермические поверхности, принадлежащие одному телу?

Изотермическая поверхность – это поверхность равных температур. Свойства изотермических поверхностей: а) изотермические поверхности не пересекаются; б) в нестационарных процессах изотермические поверхности перемещаются в пространстве.

3. Дайте определение вектора grad T. Поясните, как находятся его величина и направление?

grad T – вектор, называемый градиентом температуры, величина которого равна пределу отношений приращения температуры ΔТ к расстоянию между изотермическими поверхностями Δn по нормали при стремлении Δn к нулю, т.е.:

grad T = lim = , [K/м]

Δn→0

5. Сформулируйте определения понятий теплового потока и плотности теплового потока.

Тепловой поток, количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность Тепловой поток совпадает с размерностью

Плотность теплового потока — вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.

6. Напишите аналитическое выражение закона Фурье и поясните наличие знака «минус» в его правой части.

Процесс распространения тепла в твердых телах, неподвижных жидкостях и газах аналитически описывается законом Фурье:

= - λ·grad T,

7. Какой физический смысл имеет коэффициент теплопроводности?

Коэффициент λ [Вт/м·К] в формуле (1) - коэффициент теплопроводности, физический параметр вещества, в котором рассматривается перенос тепла. По величине он равен количеству теплоты, проходящего в единицу времени через единицу изотермической поверхности при градиенте температуры, равном единице. Коэффициент теплопроводности характеризует способность вещества проводить тепло

8. От каких физических параметров зависит величина коэффициента теплопроводности?

Величина коэффициента теплопроводности зависит от природы вещества, его структуры, плотности, температуры, давления и других факторов.

9. Во сколько раз нужно увеличить толщину плоского слоя, чтобы при той же разности температур на граничных поверхностях тепловой поток увеличился в два раза?

В 0,5 раза

10. Поясните устройство и принцип действия термопары.

Выводы термопар через переключатель 7 подсоединены к автоматическому показывающему прибору 6 с вращающимся циферблатом типа КВ -1, имеющему погрешность показаний не ниже 0,5% от диапазона измерений. Значение измеряемой температуры снимается со шкалы прибора при нажатии соответствующей клавиши переключателя.

11. Объясните особенности заделки термопар в стенки медных шаров.

Спаи хромелевого и копелевого электродов термопар для надежности теплового контакта зачеканены в стенки шаров, а сами термоэлектроды на длине 5÷7 мм уложены на подложке из электроизоляционного материала по изотермическим поверхностям шаров. Это обеспечивает повышение точности измерения температуры, поскольку уменьшает отвод тепла по самим термоэлектродам.

Хромель-копелевые термопары выбраны потому, что в данном диапазоне температур (Т<373 K) они имеют линейную и крутую характеристику Э.Д.С.= f(T), что повышает точность измерений.