27. Определение коэффициента теплопроводности относительным методом.

Коэффициент теплопроводности Х определяет количество теплоты, переносимой через единичное сечение при наличии нормального к сечению градиента температуры, численно равного 1 К/м. Поток теплоты Q через сечение S:

Q =ХS(∆Т/l)

где ∆T- разность температур между двумя точками; l- расстояние между этими точками.

В относительном методе используется принцип сравнения: один и тот же тепловой поток проходит через образцы двух материалов, потери теплоты на боковых поверхностях вводят в расчет (в первом приближении они не влияют на результат измерений). Удаление воздуха не требуется, и точность измерений достаточно высока (хотя меньше, чем в абсолютном методе).

Схема измерений приведена на рисунке.

Столбик постоянного сечения собран из нагревателя Н, холодильника X и образцов I—III. Теплопроводность образцов I и III известна, а образца II измеряется. Элементы столбика разделяются металлическими блоками с высокой теплопровод­ностью, в местах стыков вмонтированы термопары 1-6. С помощью нагревателя и холодильника через столбик проходит поток теплоты.

Полагают, что потери теплоты через боковые поверхности в любом элементе столбика одинаковы. Поток теплоты через сечение столбика при продвижении от нагревателя к холодильнику падает приблизительно по линейному закону, а поток через слой II равен среднему значению потоков через слои I и III.

Значения потоков:

QI = ХоS(∆TI/l0), QII = ХS(∆TII/lII), QIII = ХоS(∆TIII/l0)

где Хо - теплопроводность слоев I и III; l₀ - толщина слоев I и III (пред­лагается одинаковой).Считая, что

Q_II = (Q_I + Q_III/2), получается X=(ХоlII/2l0)*(∆TI+∆TIII/∆TII),

а при lII = l0

X=Хо*(∆TI+∆TIII/2∆TII)

Для получения максимально возможной точности желательно выбирать эталон со значением Хо того же порядка, что и Х исследуемого образца.

Приведенный метод вследствие простоты измерительной установки является весьма распространенным. Следует отметить важность правильного расположения элементов установки: нагреватель - сверху, холодильник - снизу -для сведения к минимуму охлаждения боковых поверхностей за счет конвекционных потоков воздуха.

28. Схемы при интегральной и дифференциальной термо эдс.

В большинстве случаев основой измерительной системы является образец, зажатый между двумя металлическими блоками, в один из которых вмонтирован нагреватель (рис. 1.24). Две термопары прижимаются (припаиваются) чаще всего непосредственно к образцу. Вольтметр служит для измерения ЭДС термопары «горячего» участка (температура точки 1), вольтметр V₂ - для измерения ЭДС термопары «холодного» участка (температура точки 2), вольтметр V измеряет разность потенциалов между точками 1 и 2.

Рис. 1.24 Схема измерения дифференциальной термо-ЭДС

Для определения интегральной термо-ЭДС в некотором интервале температур (что дает полный набор данных для определения коэффициентов Пельтье и Томсона) можно использовать схему, приведенную на рис.

Рис 1 25 Схема измерения интегральной термо-ЭДС

К одному торцу образца прижат металлический блок 1, имеющий фиксированную температуру T₀. Ко второму торцу прижата термопара. С помощью нагревателя с тепловым экраном 2 температура второго конца может изменяться в значительном интервале от Т₀ до Т₁. Термопара подключена ко входу самопишущего устройства (СПУ), которое фиксирует изменение температуры во времени. Конденсатор С заряжается от напряжения U термо-ЭДС (когда ключ К в верхнем положении). Через установленные промежутки времени ключ переводится в нижнее положение, напряжение U фиксируется самописцем в виде вертикального штриха, длиной которого и определяется значение U. Затем по полученному графику расчетным путем находят α=dU/dT, П=α/Т, x=Tdα/dT