Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство установки и порядок пользования имеющимися органами управления. Определить цену деления всех приборов.

2. Убедиться, что блок питания выключен, регулятор напряжения на нём выведен в крайнее левое положение, и стрелки всех приборов установлены на ноль. В случае необходимости сделать необходимую установку с помощью соответствующих корректоров. Ключ К поставить в положение 1.

3. Включить блок питания и установить значение тока в пределах 1,4 – 1,8 А (по указанию преподавателя). Записать в таблицу 4 значения силы тока и напряжения. Следить за постоянством силы тока в процессе измерений.

4. Через каждые 3 минуты записывать показания всех трёх термопар в таблицу 5. Измерения продолжать до тех пор, пока не будет достигнут стационарный процесс (ориентировочно 30 – 40 мин. в зависимости от значения тока).

5. Выключить блок питания и вернуть все регуляторы в исходное положение.

Таблица 4 - Режим измерений

Амперметр			Вольтметр
Цена деления	Показания, деления	Ток, I, А	Цена деления	Показания, деления	Напряжение, U, В

Таблица 5 - Зависимость показаний термопар и температуры точек стержня от времени

Время, мин.	Показания милливольтметра, мВ			Температура, ○С
	Т1	Т2	Т3	Т1	Т2	Т3
0
3
6
9
…

Примечание: Как следует из таблицы 2, градуировка термопары соответствует температуре холодных концов термопары, равной 0^○С. Следовательно, действительная температура точек 1, 2, 3 стержня будет выше, чем определённая по таблице 2, на значение комнатной температуры. Однако, поскольку в расчётах фигурирует разность температур ΔТ₁₂ = Т₁ – Т₂ (либо ΔТ₂₃ = Т₂ – Т₃; ΔТ₁₃ = Т₁ – Т₃), указанную поправку вводить нет необходимости.

Порядок обработки результатов измерений

1. Построить график зависимости температуры трёх точек стержня от времени. Полученная зависимость должна подтвердить установление стационарного режима.

2. Построить график зависимости температуры точек стержня от координаты в установившемся режиме. Полученный график должен подтвердить справедливость формулы (7).

3. Рассчитать площадь поперечного сечения стержня по формуле

S = πd²/4. (8)

Диаметр стержня d указан в таблице 3.

4. Рассчитать мощность, потребляемую нагревателем, по формуле P_Σ = UI. Значения тока и напряжения, полученные в эксперименте, должны быть сведены в таблицу 4.

5. Потребляемая нагревателем мощность расходуется на все три процесса - тепловое излучение, конвекцию и теплопроводность. Потерями на тепловое излучение можно пренебречь. Потери на конвекцию значительны, однако их расчёт выходит за рамки данной работы. Принять потери на конвекцию ΔP_к = 0,5 P_Σ. Следовательно, расходуемая на теплопроводность вдоль исследуемого стержня составит P_т = 0,5 P_Σ.

6. Принять (учитывая соотношение длин левой и правой частей стержня по обе стороны от нагревателя), что оставшаяся часть мощности распределяется в слующем соотношении: P_л = 0,6 P_m – в направлении термопар, 0,4 P_m – в противоположном направлении. Следовательно

dQ/dt = P_л = 0,3UI. (9)

7. Подставив (7), (8), (9) в (6), получим формулу для расчёта коэффициента теплопроводности

. (10)

8. Рассчитать по формуле (10) коэффициент теплопроводности керамики λ для ΔТ 1-2, 2-3 и 1-3 термопар. Полученные значения усреднить.