Висновки до лабораторної роботи.

Виконав(ла) _______________ Прийняв ________________

«___» _______________ 20 р. «___» _______________ 20 р.

Контрольні питання.

1. Що таке теплообмін, з яких елементарних видів він складається?

2. Дати визначення понять теплопровідності, конвекції й теплового випромінювання.

3. Складні види теплообміну (тепловіддача, теплопередача).

4. Що називається тепловим потоком?

5. Як знаходиться потужність та щільність теплового потоку, в яких одиницях вимірюються?

6. Що таке градієнт температури, яким чином він знаходиться, в яких одиницях вимірюється?

7. Дати визначення стаціонарних і нестаціонарного температурного режимів.

8. В чому полягає фізичний зміст коефіцієнта теплопровідності?

9. Які види теплопередачі мають місце в твердих тілах?

10. Які матеріали називаються ізоляційними?

2 Модуль

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ГРАДУЇРОВКА ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО ТЕРМОМЕТРА

Мета роботи: знайомство з принципом дії термоелектричного термометра, відпрацювання практичних навичок градуювання термопар.

Прилади й приладдя: муфельна піч, амперметр, вольтметр, лабораторний стенд з термопарами.

Теоретична частина

Термопари застосовуються для виміру температур у діапазоні від -200 до 2500°С в різних областях техніки та наукових досліджень. Вони мають досить високу точність.

В основу термоелектричного методу виміру температури покладений ефект Зєєбека (1821 р.). Суть його полягає в тому, що в замкнутому ланцюзі, складеному з 2-х різних і термоелектрично однорідних по довжині провідників, спаї яких поміщені в середовища з різними температурами, виникає термоелектрорушійна сила (термо-ЕРС), пропорційна різниці температур спаїв.

Якщо взяти ланцюг (рис. 11), складений з 2-х різних термоелектрично однорідних по довжині провідників А и Б (наприклад, міді і платини), то при нагріванні спаю 1 у ланцюзі з'явиться електричний струм, що у більше нагрітому спаї 1 спрямований від платини В к міді А, а в холодному спаї 2 – від міді до платини. При нагріванні спаю 2 струм одержує зворотний напрямок. Такі струми називаються термоелектричними. Електрорушійна сила, обумовлена різними температурами місць з'єднання 1 і 2, називається термоелектрорушійною силою, а її перетворювач, що створює, - термоелектричним термометром або термопарою.

В Мал. 11. Будова термоелектричного термометра.

М еханізм виникнення термо-ЕРС можна пояснити за допомогою електронної теорії, що вказує на наявність у металах вільних електронів. У різних металах концентрація вільних електронів (число електронів в одиниці об'єму) не

А однакова. Внаслідок цього в місцях контакту двох різнорідних металів, наприклад, у спаї 1, електрони будуть дифундувати з металу А в метал В з меншою концентрацією вільних електронів у більшій кількості, ніж з металу В у метал А. При цьому в місці з'єднання виникає електричне поле, яке буде перешкоджати цій дифузії; коли швидкість дифузійного поля стане постійної, наступить стан рухливої рівноваги. При такому стані між металами А и В виникає деяка контактна термо-ЕРС, значення й знак якої залежать від природи металів А и В, а також від температури місць їхнього контакту.

Для виміру термо-ЕРС термоелектричного термометра в його ланцюг необхідно включити вимірювальний прилад. Для цього необхідно або розірвати термоелектричний ланцюг у спаї 2, або розірвати один з термоелектродів, наприклад В, і за допомогою проводів включити вимірювальний прилад - мілівольтметр.

Для виготовлення термопар можуть бути використані різні матеріали, які вибираються з урахуванням наступних вимог:

а) легкість в обробці (протяжці);

б) можливість одержання однакових по чистоті й складу сплавів;

в) низька вартість;

г) стійкість при робочих температурах.

Для виготовлення термопар служить дріт діаметром 0,1 - 3,2 мм (СТ СЕВ 1059-78. Термометри термоелектричні робочі.). У лабораторних умовах часто використовують дріт діаметром 0,5 мм. Застосування дротів діаметром менш 0,2 мм небажано тому, що знижує точність виміру температури. Застосування дротів з діаметром більше 1,5 мм змушує побоюватися збільшення відводу тепла по дротах, що теж впливає на точність виміру. Практичне застосування знайшли наступні термопари, наведені в табл.6.

Табл. 6. Термопари.

№ п\п	Назва термопари, матеріал термоелектродів	Умовні позначки	Діапазон виміру, ˚С	Припустима межа виміру, ˚С
1	Платинородій – платина (платина 90% + родій 10%) – чиста платина	ТПП	0 ÷ 1300	1600
2	Платинородиєва (30% родію) – (6% родію)	ТПР	300 ÷ 1600	1800
3	Вольфрам-ренієвий (вольфрам 90% + реній 5%) – вольфрам-рений (20% ренію)	ТВР	0 ÷ 2200	2500
4	Хромель – алюмелєва (хромель 89%Ni +0,2% Mn +1% Fe +9,8% Cr) – алюмель (94% Ni + 2,5 % Mn + 1,5 Si+ 2% Al)	ТХА	-200 ÷ 1000	1300
5	Хромель – копель (хромель – копель 56 % Cu+44% Ni)	ТХК	-50 ÷ 600	800

Крім цих 5-ти термопар, що випускаються серійно вітчизняною промисловістю, стандартами передбачені ще 4 типи термопар: мідь-копелієва (-200÷100 ˚С) мідь – меднонікелева (-200÷400˚С), залізномедно-нікелева (-200÷ 700˚С), нікельхром – меднонікелева (200÷700 ˚С).

При вимірі температури холодний спай термопари перебуває при 0˚С (у льоді посудини Дьюара), а гарячий – у середовищі, температуру якого потрібно виміряти. Таблиці стандартних термопар складені саме для випадку, коли холодний спай перебуває при 0˚С. Якщо за якимись причинами не вдається помістити холодний спай у середовище з температурою 0˚С, і він перебуває, наприклад, при кімнатній температурі, то виникаюча термо-ЕРС пропорційна різниці температур гарячого й холодного спаїв. Тому потрібно ввести так зване виправлення на холодний спай. Для цього необхідно обмірювану термо-ЕРС скласти з термо-ЕРС, що відповідає температурі холодного спаю, і за отриманим значенням визначити температуру за допомогою таблиць.

Градуювання (тарування) термопар полягає в знятті залежності термо-ЕРС від температури її робочого кінця (вільний кінець перебуває при температурі 0˚С). Вимір температури при цьому проводиться за допомогою еталонної термопари або термометра.

Лабораторна установка складається з електропечі, в яку поміщені досліджувана і еталонна (стандартна) термопари, з'єднані з мілівольтметрами.