Описание установки
Схема установки для определения теплопроводности керамики представлена на рисунке 2.
Керамический
стержень 1
заключён в кварцевую трубку 2.
Нагрев стержня осуществляется с помощью
электрической печи 3,
которая питается от блока питания 4.
Потребляемая печью мощность определяется
по показаниям амперметра П1
и вольтметра
П2.
Температура стержня измеряется в трёх точках с помощью хромель-копелевых термопар Т1, Т2, Т3. (Принцип действия термопары основан на зависимости термо-ЭДС от разности значений температур точек соединений двух разнородных проводников. Хромель-копелевые термопары используются в диапазоне температур от -200○С до +600○С. Хромель – сплав 90,5% Ni + 9,5% Cr; копель – сплав 56% Cu + 44% Ni). Получаемая термо-ЭДС измеряется с помощью милливольтметра П3, который переключается на каждую из термопар с помощью переключателя К.
Градуировка ХК термопары приведена в таблице 2.
Таблица 2 - Градуировка ХК термопары
|
Температура, ○ С |
Термо-ЭДС, мВ, для температуры, ○ С | |||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | |
|
0 |
0 |
0,063 |
0,127 |
0,190 |
0,254 |
0,318 |
0,381 |
0,445 |
0,509 |
0,574 |
|
10 |
0,638 |
0,702 |
0,767 |
0,832 |
0,896 |
0,961 |
1,026 |
1,091 |
1,157 |
1,222 |
|
20 |
1,287 |
1,353 |
1,418 |
1,484 |
1,550 |
1,616 |
1,682 |
1,748 |
1,815 |
1,881 |
|
30 |
1,947 |
2,014 |
2,081 |
2,148 |
2,214 |
2,282 |
2,349 |
2,416 |
2,483 |
2,551 |
|
40 |
2,618 |
2,686 |
2,753 |
2,821 |
2,889 |
2,957 |
3,025 |
3,094 |
3,162 |
3,230 |
|
50 |
3,229 |
3,367 |
3,436 |
3,505 |
3,574 |
3,643 |
3,712 |
3,781 |
3,850 |
3,920 |
|
60 |
3,989 |
4,059 |
4,128 |
4,198 |
4,268 |
4,338 |
4,408 |
4,478 |
4,548 |
4,619 |
|
70 |
4,689 |
4,760 |
4,830 |
4,901 |
4,972 |
5,042 |
5,113 |
5,184 |
5,255 |
5,327 |
|
80 |
5,398 |
5,469 |
5,541 |
5,612 |
5,684 |
5,756 |
5,828 |
5,899 |
5,971 |
6,043 |
|
90 |
6,116 |
6,188 |
6,260 |
6,333 |
6,405 |
6,478 |
6,550 |
6,623 |
6,696 |
6,769 |
|
100 |
6,842 |
6,915 |
6,988 |
7,061 |
7,135 |
7,208 |
7,281 |
7,355 |
7,429 |
7,502 |
|
110 |
7,576 |
7,650 |
7,724 |
7,798 |
7,872 |
7,946 |
8,021 |
8,095 |
8,169 |
8,244 |
|
120 |
8,318 |
8,393 |
8,468 |
8,543 |
8,618 |
8,693 |
8,768 |
8,843 |
8918 |
8,993 |
|
130 |
9,069 |
9,144 |
9,220 |
9,295 |
9,371 |
9,446 |
9,522 |
9,598 |
9,674 |
9,750 |
|
140 |
9,826 |
9,902 |
9,979 |
10,055 |
10,131 |
10,208 |
10,284 |
10,361 |
10,438 |
10,514 |
|
150 |
10,591 |
10,688 |
10,745 |
10,822 |
10,899 |
10,976 |
11,054 |
11,131 |
11,208 |
11.286 |
|
160 |
11,363 |
11,441 |
11,519 |
11,596 |
11,674 |
11,752 |
11,830 |
11,908 |
11,986 |
12,064 |
|
170 |
12,142 |
12,221 |
12,299 |
12,377 |
12,456 |
12,534 |
12,613 |
12,692 |
12,770 |
12,849 |
|
180 |
12,928 |
13,007 |
13,086 |
13,165 |
13,244 |
13,323 |
13,403 |
13,482 |
13,561 |
13,641 |
|
190 |
13,720 |
13,800 |
13,879 |
13,959 |
14,039 |
14,119 |
14,199 |
14,278 |
14,359 |
14,439 |
|
200 |
14,519 |
14,599 |
14,679 |
14,759 |
14,840 |
14,920 |
15,001 |
15,081 |
15,162 |
15,243 |
Параметры исследуемого керамического стержня приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Параметры стержня
|
Геометрические параметры исследуемого керамического стержня |
Значения, 10-3м |
|
Расстояние между термопарами 1-2 l12 |
20 |
|
Расстояние между термопарами 2-3 l23 |
13 |
|
Диаметр стержня, d |
8 |
В данной работе для определения коэффициента теплопроводности λ используется уравнение Фурье (1). При этом величины dQ/dt, S, dT/dx определяются опытным путем.
Тогда
.
(6)
Через некоторое время после включения печи в стержне устанавливается стационарный процесс переноса тепла, характеризуемый постоянством температуры в каждом сечении стержня. Такое состояние возможно, если через любое поперечное сечение за равные промежутки времени проходит одинаковое количество тепла (dQ/dt = const). Из уравнения (1) следует, что при этом градиент температуры dT/dx можно считать одинаковым для всех сечений стержня. Поэтому он может быть определен в виде:
(7)
где l – расстояние между двумя сечениями стержня, ΔТ – разность температур в этих сечениях, определяемая по показаниям милливольтметра П3.