Опытные данные по исследованию лучистого теплообмена

Наименование величины	Номер опыта
	1	2	3
Напряжение, подводимое к молибденовой нити, U, В
Сила тока, проходящего через исследуемый образец, I, А
Длина молибденовой нити l, м
Диаметр молибденовой нити d, м
Температура воды на входе в калориметр tвх, 0С
Температура воды на выходе из калориметра tвых, 0С

Число опытов определяется преподавателем, проводящим лабораторные занятия.

Обработка результатов экспериментального исследования

Контрольные опыты по экспериментальное определение степени черноты тонкой молибденовой проволоки и зависимости значения степени черноты исследуемого образца от температуры проводились на трех режимах. При проведении эксперимента на исследуемый образец подавалось напряжение U: 1,374; 2,647 и 8,399 В. Опытные данные, полученные с помощью контрольно-измерительных приборов в процессе эксперимента, представлены в табл. 2.

Таблица 2

Данные контрольного опыта по исследованию лучистого теплообмена

Наименование величины	Номер опыта
	1	2	3
Напряжение, подводимое к молибденовой нити U, В
Сила тока, проходящего через образец I, А
Длина молибденовой нити l, м
Диаметр молибденовой нити d105, м
Температура воды на входе в калориметр tвх, 0С
Температура воды на выходе из калориметра tвых, 0С

Обработка опытных данных начинается с определения температуры поверхности исследуемого образца t₁, которая определяется по эмпирической зависимости [2]

, (6)

где R_t – электрическое сопротивление образца, Ом, R_t = U/I.

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени нагретой молибденовой нитью, по которой проходит электрический ток, определяется по закону Джоуля-Ленца

. (7)

Так как в сосуде, в котором находится исследуемый образец, создан вакуум (остаточное давление воздуха в сосуде не превышает 10^-5 мм рт. ст.) можно считать, что нагретая проволока передает тепло стенкам сосуда только излучением

.

При этом для контрольного исследования значение теплового потока, передаваемого за счет лучистого теплообмена, составит:

Температура тепловоспринимающей поверхности определяется как средняя температура охлаждающей поверхность воды

или .

В связи с тем, что площадь тепловоспринимающей поверхности (поверхности внутренней полости калориметра) значительно больше площади наружной поверхности исследуемого образца (молибденовой проволоки) F₂  F₁, значение приведенной степени черноты системы ε_1,2, исходя из соотношения (5), можно принять равной значению степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁

.

При этих условиях, исходя из соотношения (4), степень черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ может быть определена по формуле

, (8)

где F₁ – площадь наружной поверхности молибденовой нити,

При этом для контрольного исследования степень черноты наружной поверхности молибденовой нити принимает значения:

Результаты обработки опытных данных заносятся в табл. 3.

Таблица 3

Характеристики контрольного опыта по исследованию лучистого теплообмена, полученные расчетным путем

Наименование величины			Номер опыта
			1	2	3
Средняя температура поверхности исследуемого образца		, 0С
		, К
Тепловой поток, передаваемый за счет лучистого теплообмена,
Средняя температура тепло- воспринимающей поверхности	, 0С
	, К
Степень черноты наружной поверхности молибденовой нити

Как показывают результаты экспериментального исследования, с ростом температуры наблюдается рост степени черноты наружной поверхности молибденовой проволоки, что подтверждается и в литературных источниках [3].

Полученную экспериментальным путем зависимость степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ от температуры образца t₁ следует представить в виде графика (рис. 2) и аналитического соотношения

. (9)

Соотношение (9) описывает опытные данные с точностью  1 %.

Рис. 2. Зависимость степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ от температуры образца T₁