Экспериментальная установка.
Внешний вид установки представлен на рис. 2.
Рис. 2
Состав установки
1. Стойка. 2. Блок приборов. 3. Блок нагрева. 4. Стакан с оловом. 5. Нагреватель. 6. Датчик температуры. 7. Разъем. 8. Электрические кабели. 9. Кожух. 10.Подставка. 11. Блок питания. |
12. Блок регулирования. 13. Блок измерителей. 14. Тумблер включения. 15. Индикатор «Сеть». 16. Тумблер нагревателя. 17. Вольтметр. 18. Амперметр. 19. Термометр. 20. Таймер. 21.Индикатор «Нагрев». 22. Регулятор. |
На стойке 1 смонтированы блок приборный 2 и блок нагревательный 3. В блоке нагревательном на подставке 10 установлен стакан с оловом 4, закрытый снаружи слоем теплоизоляции. Внутри стакана 4 размещены: нагреватель 5 в виде электрической спирали, помещенной в стеклянную трубку, и датчик температуры 6. Нагреватель 5 и датчик температуры 6 электрическими кабелями 8 через разъем 7 подключены к блоку приборному 2. Снаружи блок нагревательный закрыт защитным кожухом 9.
Блок приборный 2 включает в себя блок питания 11, блок регулирования нагрева 12 и блок измерительный 13. Блок питания содержит тумблер включения установки 14 и индикатор "Сеть" 15. Блок регулирования содержит тумблер включения нагревателя 16, индикатор "Нагрев" 21 и регулятор мощности 22. Напряжение, подаваемое на нагреватель, контролируется по вольтметру 17, сила тока в цепи – по амперметру 18. Блок измерительный содержит цифровой термометр 19 и электронный таймер 20. Питание на приборы подается автоматически при включении тумблера "Сеть". Электронный таймер непрерывно показывает текущее время или время с начала эксперимента.
При включенном нагревателе через него течет постоянный ток и выделяется теплота. Часть теплоты расходуется на нагрев олова, а часть отдается в окружающую среду. КПД установки показывает, какая часть от выделившейся теплоты поглощается оловом. КПД установки для режима нагрева и плавления = 33%. Олово поглощает часть теплоты, выделяющейся в нагревателе, при этом его температура постоянно растет. Датчик фиксирует температуру олова, а цифровой термометр постоянно показывает ее текущее значение.
При достижении температуры плавления показания термометра практически не меняются, т.к. плавление олова идет при постоянной температуре. При этом за счет направления передачи теплоты от горячего нагревателя к холодным стенкам и неравномерности температурных полей показания термометра немного превысят температуру плавления. После того, как все олово расплавится, теплота пойдет на нагревание полученной жидкости. При этом температура начнет увеличиваться, цифровой термометр зафиксирует ее рост.
При отключении нагревателя разогретый стакан с оловом отдает теплоту в окружающую среду и остывает, его температура уменьшается. Когда температура достигает температуры плавления, начинается процесс кристаллизации, олово из жидкого состояния переходит в твердое. Процесс идет при постоянной температуре. Эта температура отличается стабильностью в течение длительного времени и считается температурой плавления. После того, как все олово станет твердым, начинается его остывание, термометр также фиксирует этот процесс.
Установка питается от сети переменного тока напряжением 220 В, поэтому при работе с ней необходимо соблюдать меры техники безопасности. В случае отклонения в работе установки следует немедленно выключить тумблер «Сеть», вынуть шнур питания из сети.