9174

4

Теплоемкости cp и cv идеального газа не зависят ни от объема, ни от дав-

ления, являются однозначной функцией температуры. Для многих газов зави-

симость теплоемкости от температуры принимается линейной, и является одно-

значной функцией температуры.

Теплоемкости реальных газов различны и зависят от температуры. Для многих газов зависимость теплоемкости от температуры принимается линейной

c a bt.

Теплоемкость жидкостей мало изменяется с изменением давления и для большей части технических расчетов зависимостью теплоемкости жидкости от давления можно пренебречь. Теплоемкость жидкостей может и возрастать и убывать с ростом температуры в зависимости от параметров состояния. Обыч-

но для жидкостей считают cp = cv , так как разница между ними не велика.

Теплоемкость твердых тел с возрастанием температуры увеличивается.

Для этих тел при технических расчетах обычно принимается cp = cv . При уве-

личении давления теплоемкость твердых тел изменяется незначительно.

Теплоемкость является важной характеристикой вещества и она широко применяется при проведении теплотехнических расчетов. На основании анали-

тических расчетов и экспериментальных данных для различных материалов со-

ставлены таблицы, по которым можно определять теплоемкости в зависимости от температуры. Теплоемкости некоторых материалов приведены в Приложе-

нии (табл. П.1).

Теплоемкость тел можно вычислить аналитически. Однако наиболее дос-

товерные результаты можно получить по экспериментальным данным. В на-

стоящей работе для определения температурной зависимости удельной тепло-

емкости строительных материалов используется прибор-измеритель теплоем-

кости ИТ-С-400.

В основу работы положен сравнительный метод динамического С-калориметра с тепломером и адиабатической оболочкой.

5

На рис. 1.1 показана тепловая схема метода.

Испытуемый образец 1 размещается внутри металлической ампулы 2 и

медленно разогревается вместе с ней за счет непрерывно поступающего к ам-

пуле через тепломер 3 теплового потока Q.

Тепловая связь ампул 2 и образца 1 с внешней средой допускается только через тепломер 3, поэтому открытые участки поверхности ампулы отделены от среды адиабатической оболочкой 4.

Рис. 1.1. Тепловая схема метода динамического С-калориметра:

1 – испытуемый образец; 2 – ампула; 3 – тепломер; 4 – оболочка адиабатная; 5 – основание

Тепловой поток QТ , проходящий через среднее сечение тепломера, идет на разогрев испытуемого образца и ампулы и определяется по формуле

где Q0 – тепловой поток, идущий на разогрев испытуемого образца, Вт;

Qa – тепловой поток, идущий на разогрев ампулы, Вт.

6

Тепловой поток, идущий на разогрев испытуемого образца, определяется по формуле

где c – удельная теплоемкость образца, Дж/(кг∙град); m0 – масса образца, кг;

b – скорость разогрева, град/с.

Тепловой поток, идущий на разогрев ампулы, определяется по формуле

где ca – полная теплоемкость ампулы, Дж/град.

О величине теплового потока, проходящего через тепломер QТ , удается судить по величине перепада температуры на тепломере ∆t, определенной из

где 0Т – время запаздывания температуры на тепломере в экспериментах с пус-

той ампулой, с. Параметр 0Т также является «постоянной» измерителя.

где Т – время запаздывания температуры на тепломере, с.

7

С учетом (1.6) и (1.7) рабочая расчетная формула теплоемкости примет вид

1.3 Описание экспериментальной установки ИТ-С-400

Исследование температурной зависимости удельной теплоемкости строи-

тельных материалов производится на специальном приборе-измерителе тепло-

емкости ИТ-С-400, состоящем из измерительного блока, блока питания и регу-

лирования, микроамперметра Ф195.

Испытуемый образец помещается в ампулу, которая закрывается крыш-

кой. Опускается верхняя половина корпуса измерительной ячейки.

Размеры испытуемых образцов, мм:

-диаметр………………….15 ± 0,1;

-высота………………..….10 ± 0,1.

При испытании сыпучих материалов и жидкостей их помещают в специ-

альную ампулу.

Затем подается напряжение на нагреватель и ядро измерительной ячейки начинает плавно, монотонно разогреваться до верхней, предельной для каждого образца температуры. Во время разогрева с помощью нагревателя поддержи-

вают адиабатические условия между ампулой и охранным колпаком. Для регу-

лирования работы нагревателя используются термопары в ампуле и колпаке.

В эксперименте в процессе непрерывного разогрева на различных уров-

нях температуры (через 25 °С) с помощью прибора Ф195 и секундомера изме-

ряется временное запаздывание температуры ампулы по отношению к темпера-

туре основания.

8

Блок питания и регулирования обеспечивает нагрев ядра ячейки измери-

тельной с заданной скоростью ~ 0,1 К/с и автоматическое регулирование тем-

пературы охранного колпака.

Скорость разогрева определяется величиной начального напряжения на нагревателе и скоростью его изменения.

Обе эти величины строго фиксированы.

1.4Общие указания по технике безопасности при работе

сизмерителем теплоемкости

1.Измеритель теплоемкости ИТ-С-400 – сложный теплофизический при-

бор, включающий механические узлы, схему электропитания, термопарные це-

пи, автоматический регулятор температуры. Различные системы тесно взаимо-

связаны, эксплуатация прибора требует понимания работы всех узлов и систем в отдельности и прибора в целом, а также определенных практических навыков.

Поэтому студентам самостоятельно пользоваться прибором запрещается.

2.Для улучшения теплового контакта образцов используется специальная смазка. Для образцов, впитывающих смазку, можно использовать графитовый порошок или алюминиевую пудру. Жидкости, порошки исследуются без смазки.

3.К работе с измерителем допускаются лица, ознакомленные с общими правилами техники безопасности, относящимися к эксплуатации электрообору-

дования с рабочими напряжениями до 1000 В.

4.Запрещается работа измерителя при отсутствии защитного заземления.

5.Необходимо помнить, что разогрев измерителей ячейки производится до температуры 400 °С, поэтому после опыта недопустимо прикосновение к внутренним частям измерительной ячейки. Смену исследуемого образца произ-

водить только после охлаждения деталей измерительной ячейки до комнатной

температуры.

9

1.5Подготовка установки к работе

1.Переводите переключатели «Сеть», «Нагрев» в положение «Выкл.».

2.Подключите блок питания и регулирования и прибор Ф195 к сети

220 В, 50 Гц.

3. Установите переключатель «Измерение» в положение «Уст. 0», а пере-

ключатель «Температура» в положение 25 °С.

4.Замкните входные штекеры Ф195 и произведите коррекцию нуля.

5.Взвесьте образец с точностью ±0,001 г и занесите значение в табл. 1.1.

Вслучае исследования сыпучих веществ или жидкостей сначала взвесить пус-

тую ампулу, а затем ампулу вместе с испытуемым образцом.

6.Поднимите верхнюю часть измерительной ячейки.

7.Протрите бензином и нанесите тонкий слой смазки ПСМС-4 на кон-

тактные поверхности образца, ампулы и крышки. Для образцов, впитывающих смазку, можно использовать графитовый порошок или алюминиевую пудру.

Порошки, жидкости исследуются без смазки.

8.Установите в ампулу испытуемый образец и закройте ампулу крышкой.

9.Опустите верхнюю часть измерительной ячейки.

10.Включите питание и регулирование, нажав кнопку «Сеть».

11.Выведите по вольтметру блока питания и регулирования напряжение

до нуля.

1.6Порядок проведения опытов

1.Установите переключатель «Измерение» в положение «t1».

2.Включите кнопкой «Нагрев» основной нагреватель и установите по вольтметру блока питания и регулирования начальное напряжение 40 ± 2 В.

3.Включите секундомер при достижении температуры 25 °С (при прохо-

ждении стрелки прибора Ф195 через нуль шкалы) и переведите переключатель

«Измерение» в положение «t2». Выключите секундомер при прохождении све-

тового указания через нуль шкалы.

4. Запишите показания секундомера в графу « Т » таблицы 1.1.