Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка состоит из пульта управления с вмонтированными в него рабочим участком, контрольно-измерительными приборами, системы электрического питания и водяного охлаждения. Рабочий участок представляет собой цилиндрический калориметр, изготовленный из кварцевого стекла с двойными стенками для охлаждения его проточной водой (см. рис. 18).
Рис. 18. Рабочий участок установки
Во внутреннем кварцевом цилиндрическом сосуде находится тонкая проволока из исследуемого материала диаметром d= 0,2 мм и длиной l= 200 мм, которая располагается по оси калориметра. Концы проволоки впаиваются в стенки внутреннего сосуда, который вакуумирован до остаточного давления воздуха порядка 10-5 мм рт. ст. Проволока нагревается посредством пропускания через неё электрического тока от регулируемого источника питания. Это позволяет изменять температуру исследуемой проволоки в широком диапазоне.
Охлаждающая вода циркулирует между двойными стенками калориметра. Большой расход воды обеспечивает постоянство температуры внутренней поверхности калориметра, которая является тепловоспринимающей. Внутренний диаметр калориметра значительно больше диаметра проволоки. Поверхность проволоки передает энергию окружающим телам не только излучением, но и участвует в процессах конвективного теплообмена и теплопроводности. Однако после вакуумирования внутреннего сосуда калориметра передачей тепла путем конвекции и теплопроводности можно пренебречь, и считать, что проволока передает теплоту стенкам калориметра только излучением.
Для измерения температуры воды на входе и на выходе из охлаждающей рубашки рабочего участка используются две хромель-копелевые термопары. Измерение термо – э.д.с. производится милливольтметром с компенсатором температуры холодного спая термопар.
Система электрического нагрева рабочего участка включает: силовой трансформатор, стабилизированный выпрямитель, реостат для изменения величины тока в нагреваемой проволоке, измерительный шунт, выключатель нагрева рабочего участка. В комплекс измерительных приборов входит цифровой мультиметр, с помощью которого измеряются падение напряжения непосредственно на проволоке рабочего участка и величина тока нагрева.
Порядок проведения опытов
1. Измерения производятся на 8 - 9 стационарных режимах. Для этого необходимо запустить исполняемый файл программы «MMTP011K.exe». После запуска программы на экране высвечивается название лабораторной работы. Далее необходимо нажать клавишу «enter», во втором открывшемся окне по рекомендациям преподавателя выбрать вид материала проволоки (1 - вольфрам, 2 - графит, 3 - медь, 4 - хром, 5 - нихром, 6 - молибден) и подтвердить свой выбор нажатием клавиши «Y». На экране появляется мнемосхема экспериментальной установки, приведенная на рис. 11.
2. Перед проведением опытов изучить мнемосхему и подготовить таблицу измерений (табл. 1).
3. Для выхода на первый режим, нажатием клавиши «1» включить
Рис. 19. Мнемосхема экспериментальной установки лабораторной работы «Исследование теплообмена излучением»
охлаждение калориметра и с помощью клавиши «2» включить тумблер питания цепи рабочего участка «S1».
4. Последовательно нажимая клавиши «5» и «6», измерить значения температур охлаждающей воды на входе t2вх и на выходе t2вых из охлаждающей рубашки рабочего участка и занести их в табл. 1.
5. После установления стационарного режима теплообмена, который характеризуется постоянством разности температур воды в течение пяти минут Δt2 = (t2вых- t2вх ), путем нажатия клавиш «3» и «4» измерить цифровым мультиметром падение напряжения на рабочем участке U = В и величину тока нагрева проволоки I = А.
Таблица 1
|
№ п/п |
t2ВХ, оС |
t2ВЫХ, оС |
U, В |
I, А |
Q, Вт |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
6. Для выхода на второй режим необходимо с помощью клавиши «7», изменив положение регулятора напряжения автотрансформатора «R», установить на вольтметре следующее, новое значение напряжения U и повторить действия, приведенные в п. 4-5.
7. Аналогично п. 6 последовательно вывести установку на остальные режимы и повторить все измерения при других значениях U (п. 4-5). Результаты измерений занести в табл. 1 и показать преподавателю.
8. С помощью клавиши «8» сбросить напряжение на нагревателе, установив регулятор напряжения «R» в исходное положение. Разомкнуть выключатель цепи питания проволоки «S1» путем нажатия клавиши с цифрой «0». Нажав на клавишу «Escape», осуществить выход из программы.