Устройство экспериментальной установки. Методика проведения эксперимента

Установка (рис.2) состоит из термостата 1, -калориметра 2, и потенциометра 7. Термостат оснащен электронагревателем 3 и контактным термометром 4, который с помощью регулятора 5 позволяет поддерживать в переделах до 100^оС заданную температуру

Рис.2

жидкости в термостате постоянной (t_ж=const). Термостат заполнен водой, обладающей, как теплоноситель, хорошими теплофизическими свойствами. Вода перемешивается мешалкой 6, что обеспечивает, с одной стороны, более равномерную температуру воды, с другой – интенсифицирует теплоотдачу к -калориметру, погруженному в термостат. Оба упомянутых фактора обеспечивают высокие , а следовательно, и Bi (при <1 можно полагать Bi).

-калориметр в форме шара радиусом R или цилиндра радиусом R и длиной l оснащен хромель-алюмелевой термопарой, один спай которой помещен в центр -калориметра, а второй – в воду, заполняющую термостат. Термопары подключены к потенциометру 7 и измеряют разность температур исследуемого материала в центре -калориметра и воды, т.е. избыточную температуру .

Эксперимент проводиться в следующем порядке. В термостат, где установлена и поддерживается постоянной температура воды (порядка 70^оС), погружают -калориметр, заполненный исследуемым материалом. После этого измеряют и записывают э.д.с. термопары в процессе нагрева материала через каждые полминуты в течении 8-10 минут. В начале и конце опыта измеряют также температуры воды в термостате t_ж и окружающей среды t_ос. Результаты измерений заносят в таблицу.

, мин	Е, мВ	ln(E)	tж, оС	tос , оС
0 0.5 1 …. 1015

Обработка результатов эксперимента

Поскольку для используемой хромель-алюмелевой термопары можно полагать в первом приближении зависимость э.д.с. Е от температуры линейной, то темп нагрева можно определить непосредственно по изменению э.д.с. Действительно

(6)

Для определения строят график зависимости ln(E) от времени  (в секундах), на котором выделяют прямолинейный участок, соответствующий стадии регулярного режима. В начале и конце этого участка выбирают 2 точки с координатами (ln E₁, ₁) и (ln E₂, ₂), после чего определяют по формуле (6). Далее рассчитывают К по формуле (4) или (5) и определяют а.

, м²/с (7)

Определяют плотность исследуемого материала в -калориметре как отношение массы материала G к занимаемому им объему V

, кг/м³ (8)

Определяют эффективный коэффициент теплопроводности

, Вт/(мК) (9)

Величины G, R, l, c_{p эфф} приведены в табличке при установке. Средняя в процессе эксперимента температура материала t, к которой следует отнести полученные значения а_эфф и _эфф, приблизительно определяется как полусумма температуры воды в термостате t_ж (измеряется ртутным термометром) и начальной температурой материала т.е. t_ос. Полученное значение _эфф сравнивают с известными из литературы значениями _эфф^лит, определенным для исследуемого материала, например, из [1].

Основные результаты эксперимента заносят в следующую таблицу.

Материал	t, оС	, кг/м3	ср эфф, кДж/(кгК)	аэфф, м2/с	эфф, Вт/(мК)	эффлит, Вт/(мК)