4. Обработка опытных данных
1. По полученным значениям термоЭДС термопар для стационарного режима, используя тарировочный график для хромель-копелевой термопары, помещённый на лабораторном стенде, определяются температуры контрольных точек стержня и записываются в таблицу отчёта.
2. Вычисляется мощность теплового потока:
Q = W = I V, Вт (6.3)
Q = W =27,5*127=3,5 Вт
3. Определяется площадь поперечного сечения стержня:
F
=
,
м
(6.4)
F =3,14*15*15/4=176,625 м
4.Для каждого участка стержня рассчитываются и записываются в таблицу отчёта:
4.1. Средняя температура:
t
=
,
C
(6.5)
t =(50+20)/2=35 C
4.2. Градиент температуры:
grad
t
=
,
С / м (6.6)
grad t =(160-159)/50=0,02 С / м
grad t =(113-111)/50=0,04 С / м
grad t =(81-80)/50=0,02 С / м
grad t =(50-49)/50=0,02 С / м
grad t =(20-20)/50=0
4.3. Коэффициент теплопроводности:
= –
,
Вт / (м град) (6.7)
=
5. Строится график зависимости коэффициента теплопроводности меди от температуры по величинам и t .
6. Используя табличное значение
коэффициента теплопроводности
меди при температуре 100
С
(
= ~380 Вт / (м град) ), определяется
погрешность эксперимента при той же
температуре:
=
100
, % (6.8)
7. По результатам работы оформляется отчёт.
5. Содержание отчёта
В отчёте приводятся:
1. Цель работы.
2. Схема установки и её составные части.
3. Ответы на приведенные ниже контрольные вопросы.
4. Полученные результаты работы с необходимыми расчётами.
5. График зависимости коэффициента теплопроводности меди от температуры.
6. Контрольные вопросы
1. Каким методом определяется коэффициент теплопроводности в работе?
2. Каков механизм теплопроводности в металлах и сплавах?
3. Дать определение коэффициента теплопроводности.
4. Привести закон Фурье для случая стационарной теплопроводности.
5. Какие опытные величины используются при определении теплового потока и плотности теплового потока?
6. Какие опытные величины используются при определении градиента температуры?
7. Укажите на схеме направления теплового потока и градиента температуры.
8. Влияют ли геометрические размеры медного стержня на его коэффициент теплопроводности?
9. Подтверждается ли в опытах характер зависимости коэффициента теплопроводности металлов от температуры?
Контрольные ответы
1. Теплопроводность представляет собой процесс распространения тепла внутри неподвижных тел при непосредственном соприкосновении частиц тела, имеющих различные температуры. Она обусловлена движением микрочастиц вещества.
2. Механизм переноса тепла зависит от природы тела: в твердых телах теплопроводность связана с электронной проводимостью, объясняемой движением свободных электронов и, так называемой, ионной проводимостью, обусловленной тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Вклад указанных проводимостей в различных телах различен.
3. Коэффициент теплопроводности - это величина, которая показывает, какое количество теплоты требуется приложить к одному концу бесконечно тонкой проволоки из этого вещества, чтобы точка этой проволоки на расстоянии 1 м от этого конца за одну секунду увеличилась на 1 градус (при условии нулевой теплоотдачи в пространство).
4. Для расчета процессов стационарной теплопроводности используется закон Ж. Фурье, который устанавливает связь между количеством тепла Q, проходящим через изотермическую площадку F, и температурным градиентом grad t :
Q = – λ grad t F , Вт
5. Тепловой поток — количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Тепловой поток измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока обозначается обычно q, измеряется в Вт/м2 или ккал/(м2×ч). Плотность теплового потока — вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
6. grad t – градиент температуры (векторная величина, характеризующая скорость возрастания температуры в пространстве и направленная по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры):
grad t = , град / м
7.Укажите на схеме направления теплового потока и градиента температуры.
8. Коэффициента теплопроводности зависит от давления и температуры, следовательно не важны геометрические показатели медного стержня.
9. Да, подтверждается изменениями коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры.
Лабораторная работа №7
Определение коэффициента температуропроводности
сыпучих материалов
Цель работы: углубить теоретические знания по разделу "Нестационарная теплопроводность"; ознакомиться с методом регулярного теплового режима и его применением для определения теплофизических свойств вещества; определить коэффициенты температуропроводности песка и асбеста.