4 Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 3) состоит из электрической печи (1) с регулятором температуры, в качестве которого используется регулировочный трансформатор (2), сосуда (3). Нагрев эбонитового образца (d = 0,052 м; l = 0,154 м;  = 0,174 Вт/мК; а = 0,10510^-6 м²/с) осуществляется в кипящей воде. Такой способ нагрева обеспечивает необходимые граничные условия. В образец запрессованы две термопары (5), их термо-ЭДС фиксируется с помощью потенциометров (6). Свободные концы термопар помещены в термостат (7). Температура свободных концов измеряется термометром (8). Установка подключается к сети с помощью выключателя (9). Напряжение, потребляемое нагревателем, измеряется с помощью вольтметра (10).

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки

5 Порядок проведения опыта

1. Познакомиться с измерительными приборами.

2. Заполнить сосуд (3) водой на 4/5 объема.

3. Перевести выключатель (9) в положение «вкл.».

4. Установить с помощью рукоятки трансформатора (2) напряжение 220 В.

5. Поставить сосуд с водой на печь и довести воду до кипения.

6. Измерить с помощью термометра температуру окружающей среды.

7. Поместить образец в кипящую воду (в ходе эксперимента напряжение можно снизить с тем, чтобы предотвратить выплескивание кипящей воды).

8. Одновременно с опусканием образца начать фиксировать термо-ЭДС термопар, расположенных в центре и на поверхности образца.

9. Измерения производить через каждую минуту в течение 30 минут. Результаты измерений свести в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

, мин	tц,		tп,		t свободных концов
	оС	mV	оС	mV	оС	mV

10.Перевести выключатель (9) в положение «выкл.».

6 Порядок обработки экспериментальных данных

1. Используя таблицу перевода термо-эдс в градусы (приложение А), определить температуру образца на поверхности и в центре для каждой минуты опыта, при этом внести поправку на температуру свободных концов. Для внесения поправки определяют термо-эдс термопар, соответствующую температуре окружающей среды, и прибавляют это значение к экспериментальным данным. Полученную сумму переводят в градусы.

2. Построить графики изменения температуры поверхности и центра образца:

(6.1)

3. Для момента времени указанного преподавателем произвести расчет поля температур в образце, считая цилиндр бесконечно длинным.

Рассчитать число Фурье для момента времени указанного преподавателем по формуле

,

(6.2)

где – коэффициент температуропроводности;

τ - время указанное преподавателем, с;

R – радиус цилиндра, м ().

Использую рис. 1(приложение Б) найти относительную температуру (θ) для полученного числа Фурье и заданных (=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1).

По значениям () и числа ФурьеFo найти безразмерную температуру θ. Потом по безразмерной температуре θ найти температурный фактор

	(6.3)
С другой стороны температурный фактор равен	(6.4)

где t(r;τ) – температура внутри цилиндра в момент времени указанный преподавателем,°С;

t_o – температура цилиндра перед испытанием, °С;

t_с – температура нагрева цилиндра, которая поддерживается постоянной на протяжении всего процесса нагрева.

Найти из (6.4) температуру внутри цилиндра в момент времени указанный преподавателем

(6.5)

Результаты расчета внести в табл. 2

Таблица 2 – Результаты расчета температурного поля в образце

, сек

Fo

r/R

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ф

t, °С

Ф

t, °С

Ф

t, °С

Ф

t, °С

Ф

t, °С

Ф

t, °С

3. Построить график .

4. Рассчитать время выдержки образца для указанного момента нагрева, имеющего неравномерное начальное распределение температуры.

Рассчитать степень выравнивания температуры по формуле

,

(6.4)

где δ – степень выравнивания температур;

–разница между температурами поверхности и центра образца в начальный момент времени (для минуты указанной преподавателем);

–разница между температурами поверхности и центра образца в конечный момент времени (для τ=30 мин.).

С помощью рис. 1 (приложения В) найти соответствующее значение m для значения δ.

Найти из m время выдержки

(6.5)

Сравнить время выдержки найденное по теории и на практике.