2. Методика проведения эксперимента

В основу определения теплофизической характеристики вещества – коэффициента температуропроводности – положен метод регулярного режима, который характеризуется следующими признаками:

1. Избыточная температура в любой точке изменяется по экспоненте

, (3)

где А – постоянный множитель; u – функции координат;  - время, с;

m – темп охлаждения (нагревания) тела, с^-1.

2. Логарифм избыточной температуры v в любой точке тела изменяется во времени по линейному закону

ln v = -m· + C, (4)

где С – постоянная логарифмирования.

3. Относительная скорость изменения температуры в единицу времени для всех точек тела одинакова и равна

(5)

Уравнение (5) получается после дифференцирования уравнения (4) по времени. Величина m, зависящая только от физических свойств тела, процесса охлаждения (нагревания) на его поверхности, геометрических форм и размеров тела, определяется экспериментально,

В основу опытного определения коэффициента температуропроводности положена вторая теорема Г.М.Кондратьева

a = , (6)

где - темп охлаждения испытуемого материала при , K – коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и геометрических размеров калориметра, м² .

Для цилиндра радиуса R и высотой l

. (7)

3. Описание лабораторного стенда

Схема экспериментальной установки показана на рис.1.

Установка состоит из калориметра 3, сушильного шкафа 2, жидкостного термостата 1, переносного потенциометра постоянного тока типа ПП-63 (диапазон измерений 0 100 мВ, класс точности – 0,05, цена одного деления = 0,05 мВ) 4, дифференциальной термопары градуировки ХК 5, мешалки 6, термометров 7 и 8, установленных в сушильном шкафе и термостате. Калориметром здесь называется металлический цилиндр, наполненный исследуемым материалом с термопарами для измерения температур. Цилиндрическая оболочка калориметра изготовлена из стали с внутренним диаметром D =50 мм и высотой l = 85 мм. Термопара изготовлена из хромель-копеля, электродвижущая сила термопар измеряется с помощью переносного потенциометра.

Сушильный шкаф служит для нагревания калориметра. Он снабжен электронагревателем и ртутным термометром для измерения температуры. Мощность электронагревателя регулируется с помощью реостата, встроенного в сушильный шкаф.

Охлаждение калориметра производится в водяном термостате. Он представляет собой изолированный цилиндрический сосуд значительной емкости с мешалкой для интенсивного перемешивания жидкости. Термостат устроен таким образом, что в нем практически обеспечено выполнение условий и t_ж = const необходимых для определения коэффициента температуропроводности.

Измерение температуры воды производится термометром, установленном в термостате.

4. Порядок выполнения работы

З а д а н и е: определить коэффициент температуропроводности для исследуемого материала.

1. Ознакомиться с опытной установкой и заготовить протокол для записи результатов измерений по следующей форме:

N за- меров пока-заний	Время τ, с	Температура		Э.Д.С., измеряемая потенцио-метром u, мВ	Темпера- турныйнапор v, 0С	ln v
		В сшильном шкафу tш., 0С	В водяном термостате tж, 0С
1
2
3

2. Проверить правильность включения лабораторного потенциометра и установки стрелки прибора на нуль. После проверки схемы преподавателем приступить к проведению эксперимента.

3. Включить нагреватель сушильного шкафа.

4. Поместить в сушильный шкаф калориметр для нагревания и через каждые 5 минут производить запись показаний термометров до наступления установившегося теплового состояния в шкафу и полного прогрева исследуемого материала калориметра. Равномерность прогрева проверяется по показанию дифференциальной термопары калориметра. При равномерном прогреве исследуемого материала значение термоэлектродвижущей силы будет равна нулю.

5. После этого можно приступить к эксперименту с охлаждением калориметра. Перед началом эксперимента по показаниям термометров записывается начальная разность между температурами калориметра и термостата. Мешалка водяного термостата должна включаться перед каждым замером температуры. Далее калориметр быстро переносится из сушильного шкафа в водяной термостат, где он охлаждается.

Процесс охлаждения калориметра начинается с момента его погружения в водяной термостат до наступления полного теплового равновесия. В течение этого периода охлаждения запись показаний потенциометра производится через 30 секунд, с двумя значащими цифрами после запятой.