2.2Обработка полученных результатов

1. Количество тепла, выделяющегося внутри трубы:

, Вт,

2.2.1.1

где:

U – напряжение в цепи нагревателя, В;

I – сила тока, А.

2. Количество тепла, отдаваемого трубой путём излучения:

, Вт,

2.2.1.2

где:

С=1,0 Вт/м²·град. К⁴ – коэффициент излучения;

F=πdl, м² – поверхность трубы;

T_Fср и T_возд, К⁰ – абсолютные температуры трубы и окружающего воздуха.

3. Количество тепла, передаваемого трубой путем конвекции:

, Вт

2.2.1.3

4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

, Вт/м2·град

2.2.1.4

Физические параметры воздуха (а, λ, ν, Pr) берутся из таблицы по температуры воздуха.

5. Определить произведение Gr·Pr.

6. Для построения графиков экспериментальные и расчетные данные сводятся в таблицу.

Отчетная таблица

№	α	Δt	Nu	lg Nu	Gr·Pr	lg Gr·Pr
1
2
3

7. Построить графические зависимости:

α=f(Δt); lg Nu=f[lg (Gr·Pr)]

Критериальная зависимость представляется в виде:

.

Из графика определяется значение постоянной n:

2.2.1.5

Постоянная C определяется из соотношения:

2.2.1.6

Физические параметры для сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении

t, ºС	ρ, кг/м3	λ·102 Вт/м·град	a·102 м2·час	ν·106 м2·сек	С кДж/кг·град	Pr
0	1,293	2,44	6,71	13,28	1,005	0,707
10	1,247	2,51	7,22	14,16	1,005	0,705
20	1,205	2,59	7,71	15,06	1,005	0,703
30	1,165	2,67	8,23	16,00	1,005	0,701
40	1,128	2,76	8,75	16,99	1,005	0,699

2.3Форма отчета

Экспериментальные данные (Таблица 2).

Отчетная таблица (Таблица 3).

Графики зависимостей α=f(Δt); lg Nu=f[lg (Gr·Pr)].

Значения постоянных n и C.

3Электролиз

3.1Оборудование и реактивы

Источник тока

Раствор для обезжиривания

Раствор для электролитической очистки

Раствор для меднения

3.2Ход работы

Взвесить электроды. Заметить катод и анод.

Рассчитать площадь катода, которая будет погружена в раствор, учитываю обе стороны электрода.

Рассчитать силу тока, которая будет выставлена на источнике тока, из расчета, что 5 А приходится на 100 см². Соотнести силу тока с показаниями источника тока.

В стакан до метки налить раствор для обезжиривания, нагреть до 80ºС. Стакан поставить на мешалку, погрузить электроды в раствор, включить мешалку. Выставить рассчитанную силу тока. Напряжение 4 В. Время проведения обезжиривания 20 минут.

Вынуть электроды, ополоснуть в стакане с дистиллированной водой.

После повторить с раствором для электролитической очистки. Напряжение 3,0 В. Время проведения электролитической очистки 10 минут.

Электроды промыть дистиллированной водой (при необходимости зачистить), высушить фильтровальной бумагой и взвесить. Залить раствор для меднения. Не нагревать. Напряжение 3,0 В. Время электролиза 60 минут.

Электроды промыть, высушить над плиткой, взвесить.

Рассчитать выход по току для катода:

,

3.2.1.1

где:

η – выход по току;

G - количество выделившегося вещества;

G_τ – теоретическое количество вещества.

Теоретическое количество вещества G_τ можно вычислить по формуле, объединяющей оба закона Фарадея:

,

3.2.1.2

где:

I – сила тока, А;

τ – продолжительность электролиза, ч;

А – атомная масса или масса иона, г;

n – заряд иона;

F – 26,8 А ч/г-экв.

4Фильтрация

4.1Цель работы

Определение констант процесса фильтрования при постоянном давлении.

Эксперимент проводится на установке для фильтрования при атмосферном давлении

4.2Оборудование и реактивы

фильтр Шотта

мерный цилиндр емкостью 50 мл,

коническая плоскодонная колба емкостью 100 мл,

секундомер.

4.3Методика проведения работы на установке для фильтрования при атмосферном давлении

Собрать установку согласно рисунку.

Схема установки для фильтрования при атмосферном давлении: 1 – фильтр, 2 – суспензия, 3 – осадок, 4 – фильтроваль­ная перегородка, 5 – мерный цилиндр, 6 – фильтрат Измеряемые величины: d – внутренний диаметр фильтра, диаметр фильтровальной перегородки, hос – высота осадка на фильтровальной перегородке, Н – высота суспензии при фильтровании, V – объем фильтрата

Взвешивают фильтр Шотта. Измельчают 6 г мела. В коническую плоскодонную колбу отвешивают 5 г измельчённого мела и доводят водой до 100 мл. Тщательно перемешивая суспензию, аккуратно вносят суспензию в фильтр таким образом, чтобы высота слоя суспензии над фильтровальной пластиной не превышала метки. Постепенно добавляют суспензию в фильтр, поддерживая уровень жидкости постоянным с наиболее возможной точностью. (Внимание: очередную порцию суспензии вносят в фильтр только после тщательного перемешивания суспензии в колбе).

Так как скорость фильтрования на данной установке незначительна из-за малой разницы давлений (Р), то процесс фильтрования сопровождается практически полным осаждением осадка под действием силы тяжести. С целью введения поправки на такое осаждение осадка измерение скорости фильтрования следует начинать только после как в приемнике соберется 10 мл фильтрата (V_ф). Можно считать, что к этому моменту на фильтре находится весь осадок, выделившийся из суспензии объемом V_о = V_ф+V_сусп, где V_сусп – объем суспензии на фильтре в ходе эксперимента (V_сусп = H·S), S – площадь фильтровальной пластины (S = ·d²/4).

В тот момент, когда в приемнике наберется 10 мл, включают секундомер. Проводят замер времени, пошедшего на фильтрование суспензии через каждые 5 мл фильтрата. По окончании фильтрования суспензии измеряют высоту осадка на фильтровальной пластине. Взвешивают осадок после его подсушивания в токе воздуха. Данные измерений и расчетов вносят в таблицы.

Экспериментальные значения фильтрования суспензии

№	Объем фильтрата		Время фильтрования		/V, ч/м3	Величины, необходимые для расчетов
	V, мл	V, м3	, сек	, ч.
		xi			yi	xi2	xi·yi
1	5
2	10
…	…
8	40
		xi			yi	xi2	(xi·yi)
	-		-	-

Параметры фильтра, суспензии и константы фильтрования

№	Измеряемая величина		Размерность	Значение
	Высота слоя суспензии на фильтре	Н	мм м
	Давление слоя жидкости	Р	Па
	Диаметр фильтровальной перегородки	d	мм м
	Площадь фильтровальной перегородки	S	м2
	Высота слоя осадка на фильтре	ho	мм м
	Объем осадка на фильтре	Vос	м3
	Масса осадка на фильтре	mос	г кг
	Общий объем суспензии	V	мл м3
	Объем фильтрата в первом приемнике	Vф	мл м3
	Объем суспензии на фильтровальной перегородке в ходе эксперимента	Vсусп	мл м3
	Объем суспензии, используемый для расчета поправки на осаждение осадка	Vо	мл м3
	Температура	t	С
	Вязкость воды*		Па·с
	Константа фильтрования	А
	– " –	В
	Отношение объема осадка к объему фильтрата	хо	–
	Гидравличе­ское сопротивление фильтровальной перего­родки	Rфп
	Удельное объемное сопротивление слоя осадка	ro	м -2

Примечание: * – вязкость фильтрата в условиях эксперимента в связи с малой концентрацией суспензии и практически полной нерастворимости твердой фазы можно считать равной вязкости воды

Для полученных данных изобразить на миллиметровой бумаги график зависимости функции /V от аргумента V. Типичная зависимость /V от V показана на рис. 3.

График зависимости функции /V от аргумента V

Для построения прямой линии использовать метод наименьших квадратов. Для прямой y = a+b·x, коэффициенты а и b вычисляются по формулам:

	4.3.1.1
	4.3.1.2

где n – число экспериментальных точек, [x] = x_i и т.д.

Учитывая выражение , константы фильтрования А и В могут быть рассчитаны по уравнениям:

	4.3.1.3
	4.3.1.4

Связь констант А и В с физическими параметрами суспензии и константами фильтрования в данном методе их определения более сложна, чем выражения и , что связано с высокой скоростью осаждения частиц. С целью учета этого фактора в дифференциальное выражение необходимо ввести поправку на сопротивление слоя осадка, образовавшегося на фильтровальной пластине за счет осаждения частиц R^o_ос.

4.3.1.5

Учитывая для сопротивления осадка, выпавшего до начала измерений, то есть выпавшего из суспензии объемом V_o, можно записать формулу:

4.3.1.6

Тогда:

4.3.1.7

При интегрировании получаем:

	4.3.1.8
	4.3.1.9

Разделив последнее выражение на Р·S·V и поменяв местами левую и правую части уравнения, получим:

4.3.1.10

Полученное выражение (4.3.1-10)Error: Reference source not found, так же как и выражение – уравнение прямой линии /V = А + В·V.

Тангенс угла наклона этой прямой В:

4.3.1.11

Выражение (4.3.1-11) полностью эквивалентно выражению , что и вполне очевидно, т.к. выпадение осадка из суспензии объемом V_о создает дополнительное постоянное сопротивление, эквивалентное увеличению толщины фильтровальной пластины, и не влияет на наклон прямой /V – V.

Отрезок же А, отсекаемый на оси ординат, больше, чем в выражении на величину, пропорциональную высоте предварительно выпавшего осадка, а, следовательно, и объему V_о:

4.3.1.12

С учетом Error: Reference source not found выражение Error: Reference source not found может быть переписано в виде:

4.3.1.13

Удельное объемное сопротивление слоя осадка r_о вычисляется по формуле:

4.3.1.14

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки R_фп вычисляется по формуле:

4.3.1.15