- •Саратов 2006
- •410054, Саратов, ул. Политехническая, 77
- •1. Основные понятия
- •2. Методика проведения эксперимента
- •3. Описание лабораторного стенда
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Обработка результатов эксперимента
- •6. Содержание и оформление отчета по работе
- •7. Контрольные вопросы
- •8. Требования безопасности труда
- •1. Основные понятия
- •2. Описание лабораторного стенда
- •3. Методика проведения эксперимента
- •4. Обработка результатов эксперимента
- •5. Содержание и оформление отчета по работе
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Требования безопасности труда
- •1. Основные понятия
- •2. Описание лабораторного стенда
- •3. Методика проведения эксперимента
- •4. Обработка результатов эксперимента
- •5. Содержание и оформление отчета по работе
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Требования безопасности труда
2. Методика проведения эксперимента
В основу определения теплофизической характеристики вещества – коэффициента температуропроводности – положен метод регулярного режима, который характеризуется следующими признаками:
1. Избыточная температура в любой точке изменяется по экспоненте
, (3)
где А – постоянный множитель; u– функции координат;- время, с;
m– темп охлаждения (нагревания) тела, с-1.
2. Логарифм избыточной температуры vв любой точке тела изменяется во времени по линейному закону
lnv= -m·+C, (4)
где С – постоянная логарифмирования.
3. Относительная скорость изменения температуры в единицу времени для всех точек тела одинакова и равна
(5)
Уравнение (5) получается после дифференцирования уравнения (4) по времени. Величина m, зависящая только от физических свойств тела, процесса охлаждения (нагревания) на его поверхности, геометрических форм и размеров тела, определяется экспериментально,
В основу опытного определения коэффициента температуропроводности положена вторая теорема Г.М.Кондратьева
a= , (6)
где - темп охлаждения испытуемого материала при,K– коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и геометрических размеров калориметра, м2.
Для цилиндра радиуса Rи высотойl
. (7)
3. Описание лабораторного стенда
Схема экспериментальной установки показана на рис.1.
Установка состоит из калориметра 3, сушильного шкафа 2, жидкостного термостата 1, переносного потенциометра постоянного тока типа ПП-63 (диапазон измерений 0100 мВ, класс точности – 0,05, цена одного деления = 0,05 мВ) 4, дифференциальной термопары градуировки ХК 5, мешалки 6, термометров 7 и 8, установленных в сушильном шкафе и термостате. Калориметром здесь называется металлический цилиндр, наполненный исследуемым материалом с термопарами для измерения температур. Цилиндрическая оболочка калориметра изготовлена из стали с внутренним диаметромD=50 мм и высотойl= 85 мм. Термопара изготовлена из хромель-копеля, электродвижущая сила термопар измеряется с помощью переносного потенциометра.
Сушильный шкаф служит для нагревания калориметра. Он снабжен электронагревателем и ртутным термометром для измерения температуры. Мощность электронагревателя регулируется с помощью реостата, встроенного в сушильный шкаф.
Охлаждение калориметра производится в водяном термостате. Он представляет собой изолированный цилиндрический сосуд значительной емкости с мешалкой для интенсивного перемешивания жидкости. Термостат устроен таким образом, что в нем практически обеспечено выполнение условий иtж =constнеобходимых для определения коэффициента температуропроводности.
Измерение температуры воды производится термометром, установленном в термостате.
4. Порядок выполнения работы
З а д а н и е: определить коэффициент температуропроводности для исследуемого материала.
1. Ознакомиться с опытной установкой и заготовить протокол для записи результатов измерений по следующей форме:
Nза- меров пока-заний |
Время τ, с |
Температура |
Э.Д.С., измеряемая потенцио-метром u, мВ |
Темпера- турныйнапор v,0С |
ln v | |
В сшильном шкафу tш.,0С |
В водяном термостате tж,0С | |||||
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
2. Проверить правильность включения лабораторного потенциометра и установки стрелки прибора на нуль. После проверки схемы преподавателем приступить к проведению эксперимента.
3. Включить нагреватель сушильного шкафа.
4. Поместить в сушильный шкаф калориметр для нагревания и через каждые 5 минут производить запись показаний термометров до наступления установившегося теплового состояния в шкафу и полного прогрева исследуемого материала калориметра. Равномерность прогрева проверяется по показанию дифференциальной термопары калориметра. При равномерном прогреве исследуемого материала значение термоэлектродвижущей силы будет равна нулю.
5. После этого можно приступить к эксперименту с охлаждением калориметра. Перед началом эксперимента по показаниям термометров записывается начальная разность между температурами калориметра и термостата. Мешалка водяного термостата должна включаться перед каждым замером температуры. Далее калориметр быстро переносится из сушильного шкафа в водяной термостат, где он охлаждается.
Процесс охлаждения калориметра начинается с момента его погружения в водяной термостат до наступления полного теплового равновесия. В течение этого периода охлаждения запись показаний потенциометра производится через 30 секунд, с двумя значащими цифрами после запятой.