Опис експериментальної установки

Установка складається з електричної печі опору 1, яка містить нагрівальний елемент у вигляді ніхромового дроту 2, вогнетривкий внутрішній шар кладки 3, в якому розташований дріт 2, теплоізоляційний шар кладки 4 і металевий корпус 5.

У робочому просторі печі встановлений металевий зразок 6 з термопарою 7, підключеною до вимірювача температури 8. Сила струму, що приходить через нагрівач 2, визначається амперметром 9, а напруга - вольтметром 10. Робочий простір закрито теплоізоляційною кришкою 11, що має отвір 12 для виводу провідників термопари 13 і 14.

У роботі використовується також калориметр 15, що представляє собою посудину 16, розміщену в корпусі 17 з кільцевим зазором, заповненим теплоізоляційним матеріалом 18. Посудина 16 заповнена водою 19 і закривається кришкою 20 з отвором для введення термометра 21. Зразок 6 встановлюється в посудину 16 на ізоляційну підкладку 22.

Рис. 7.1 Схема експериментальної установки (а – електрична піч; б - калориметр)

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з описом установки та переконатися в правильності складання і готовності її до дії.

2. У робочий простір печі помістити зразок 6, із встановленою термопарою 7, закрити піч кришкою 11, приєднати вільні кінці термопари до вимірювача температури.

3. Виміряти силу струму, напругу і температуру зразка і занести результати до протоколу експериментальних даних. Почати відлік часу роботи печі.

4. Через кожні 100°С нагрівання дослідного зразка фіксувати час досягнення цієї температури, силу струму і напругу і заносити дані в таблицю результатів вимірювань.

5. Виміряти початкову температуру води в калориметрі і занести результат до протоколу експериментальних даних.

6. Після нагріву зразка до 300°С вийняти його з печі і помістити в калориметр. Визначити максимальну температуру води (приблизно через 10 хв. після поміщення зразка у воду) до протоколу експериментальних даних.

Протокол експериментальних даних

Роботу виконав студент _______________ групи №__________

Таблиця 7.1 - Результати вимірювань

№	Час нагріву, с	Темпе­ратура зразка, 0С	Величи­на струму, А	Напруга , В	Температура води в калориметрі, 0С
					початкова tпВ	кінцева tкВ
1
2
3

Методика обробки експериментальних даних

1. Визначити масу зразка:

де V - об'єм зразка, м³;

d - діаметр зразка, м;

l - довжина зразка, м;

ρ - густина сталі , кг/м³; ρ = 7800кг/м³.

2. Визначити кількість теплоти, отриману зразком кожному інтервалі (20...100°С; 100...200 °C, 200 ...300 °С):

де h_K, h_П - відповідно, тепломісткість (ентальпія) дослідного зразка при кінцевій і початковій температурах, кДж/кг, вибирається за таблицею 6.2.

Таблиця 7.2 – Тепломісткість сталі

Температура зразка,0С	20	100	200	300
Тепломісткість сталі,кДж/кг	8,4	48,8	102,0	156,6

3. Визначити надходження тепла в піч для кожного інтервалу температур:

де - час нагрівання зразка в кожному інтервалі, с.

4. Визначити загальну кількість корисно витраченого тепла:

Q _кор.= Q _кор1 + Q _кор2 + Q _кор3 .

5. Визначити термічний ККД печі для кожного інтервалу нагріву:

6. Визначити густину теплового потоку на поверхні зразка для кожного інтервалу часу:

де F - площа поверхні зразка, м²,

7. Визначити кількість теплоти, передану дослідним зразком калориметру:

де - маса води в калориметрі, кг;

С_в - теплоємність води, кДж/(кг∙ºС); Св = 4,21 кДж/(кг∙°С);

m_є-маса посудини калориметра, кг;

С_є - теплоємність матеріалу посудини, кДж/(кг∙ºС);

- початкова температура води і посудини, ⁰С;

- кінцева температура води і посудини, ⁰С.

8. Визначити похибку розрахунку кількості теплоти, отриманої дослідним зразком:

9. Обчислити швидкість зміни температури зразка для кожного інтервалу температур:

де t_K, t_П, - початкова і кінцева температури зразка для кожного інтервалу температур,⁰С;

τ- час для кожного інтервалу температур, с.

10. Побудувати графіки залежності швидкості зміни температури зразка, ККД печі і щільності теплового потоку від часу нагрівання:

v = f (τ), n = F (τ), q = f (τ),

де τ - час від початку нагрівання до досягнення зразком відповідно температур 100ºС, 200ºС, 300ºС.

11. Зробити висновки про характер зміни параметрів нагрівання з плином часу і про точність теоретичного і практичного визначення тепломісткості зразка.