Термодинамика, теплопередача, тепло и массообмен Методические указания

к лабораторным работам

для студентов очной, заочной и дистанционной формы обучения

Авторы: Олейник Виталий Викторович, к.т.н., доцент

Баранов Владимир Спартакович, доцент

Содержание

1. Работа № 1 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела ………………………………………………………………………... 3

2. Работа № 2 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости …………………………………………………………………………….. 7

3. Работа № 3 Определение теплоемкости твердого тела …………………………. 10

4. Работа № 4 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа ……………………………………………………………………... 13

5. Работа № 5 Исследование нестационарного теплопотока (тепловые волны) … 17

6. Работа № 6 Исследование диффузии газов ……………………………………… 21

7. Работа № 7 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити …. 27

8. Работа № 8 Определение теплопроводности твердого тела (пластина) ………. 30

9. Работа № 9 Исследование конвекционной теплоотдачи при естественной конвекции вдоль горизонтального цилиндра ……………………………………. 33

10. Работа № 10 Исследование конвекционной теплоотдачи при принудительном движении газа внутри нагретой трубы …………………………………………... 36

Работа № 1

Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела

Цель работы:

1) определение температуры металлической проволоки при протекании через нее электрического тока;

2) измерение удлинения проволоки при нагревании; 3) определение показателя коэффициента термического расширения.

В работе используются: регулируемый источник постоянного тока; два цифровых вольтметра постоянного тока; теплоизолированная труба; металлическая проволока; микрометрический индикатор.

Практически все физические параметры изменяются при изменении температуры тела. В данной работе экспериментально определяется коэффициент термического расширения твердого тела (металлической проволоки).

Связь между температурой тела и изменением его объема задается формулой

[1]

где - коэффициент объемного расширения, - объем при начальной температуре,

- изменение температуры.

Для линейного расширения тела формула [1] приводится к виду:

[2]

где - коэффициент линейного расширения, - начальная длина тела.

Из формулы [2] следует, что для определения коэффициента необходимо знать начальную длину проволоки , изменение температуры и соответствующее изменение длины . Изменение длины проволоки можно непосредственно измерить при помощи микрометрического индикатора, а температуру непосредственно измерить невозможно. Поэтому в данной работе определение температуры проволоки производится по изменению ее сопротивления при нагревании (термический коэффициент сопротивления предполагается известным).

Зависимость сопротивления металла от температуры имеет вид, аналогичный формуле [1]:

[3]

Поскольку нагрев проволоки производится протекающим через нее электрическим током, зная падение напряжения на сопротивлении и силу тока, можно вычислить сопротивление проволоки:

[4]

Силу тока определяем по падению напряжения на эталонном сопротивлении, термическим коэффициентом сопротивления которого можно пренебречь.

При выполнении работы необходимо учитывать, что зависимость [2] выполняется в ограниченном интервале температур. При значительном нагреве удлинение проволоки превышает рассчитанное по формуле [2], проявляется эффект, аналогичный пластической деформации при значительном растяжении. Поэтому при обработке экспериментальных данных необходимо рассчитывать коэффициент по температурам, незначительно отличающимся от начальной.