Експериментальна установка

На рис.1.1. зображено принципову схему експериментальної установ­ки. Остання складається з двох концентрично розміщених куль 1 і 3 з діаметрами d₁=100 мм і d₂=140 мм. Простір між ними заповнений досліджуваним матеріалом 4 (піском), коефіцієнт теплопровідності якого потрібно визначити.

6

У внутрішній кулі розміщено електричний нагрівач 2, який живиться від електромережі через автотрансформатор 7. Для виміру внутрішньої t₁ і зовнішньої t₂ температур поверхні кульового шару піску встановлено відповідно по дві термопари 10 і та і . Покази термопар вимірюються мілівольтметром 9, до яко­го вони по черзі підключаються багатополюсним перемикачем 8. Холодні спаї термопар розміщені у посудині Дьюара 11 при 0⁰С.

Тепловий потік, який проходить через шар піску від внутрішньої до зовнішньої кулі, визначається за показами амперметра 5 та вольт­метра 6.

Методика проведення досліду

Після ознайомлення з дослідною установкою і дозволу викладача остання вмикається в електричну мережу і за допомогою автотрансформатора встановлюється задана напруга. Через 20 хв, коли настане рів­новажний стан, записують покази всіх приладів: амперметра, во­льтметра та мілівольтметра у чотирьох положеннях відповідно до тер­мопар , , , . Результати записують у табл.1.1.

1. .Протокол результатів вимірів

№ п/п	Нагрівач			Температура на поверхні кулі							λср
	U	I	Q						t2	tср
	В	А	Вт	mV ˚C	mV ˚C	mV ˚C	mV ˚C	mV ˚C	˚C	˚C	Вт м К
1
2
3

Потім встановлюють другий режим, змінюючи напругу, яка подаєть­ся на електричний нагрівач, і витримують 15-20 хв до настання ста­ціонарного режиму. Після цього записують покази приладів у табл.1.1 на другому режимі.

Дослід проводять при трьох-чотирьох режимах.

Обробка результатів вимірів

Розрахунок виконується для кожного режиму.

1. За показаннями мілівольтметра та таблиць або градуювальних графіків, які відповідають встановленим термопарам, знаходять величини температур на поверхнях куль , , , .

2. Визначають середню температуру піску як середнє арифметичне показів усіх термопар:

, (1.7)

де - середня температура внутрішньої поверхні кульового шару,˚C;

- середня температура зовнішньої поверхні кульового шару, ˚C.

Вплив теплопровідності стінок куль (які зроблено з металу, найчастіше з латуні) на теплопровідність досліджуваного матеріалу не враховують, оскільки теплопровідність металу значно перевищує теплопровідність піску.

3. Тепловий потік Q визначають за витратами електроенергії на нагрівач:

, (1.8)

де I – сила струму, А; U – напруга, В.

4. Визначають коефіцієнт теплопровідності λ_ср для кожного досліду відносно середньої температури досліджуваного матеріалу (піску) за формулою:

, (1.9)

де - товщина шару, м.

Результати розрахунків записують у табл. 1.1.

5. Будують у масштабі графічну залежність λ_ср від середньої температури t_ср: .