Вивчення процесу теплопровідності матеріалів

1. Призначення роботи

Вивчення методики експериментального визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалів методом пластини.

Вивчення методики розрахунку процесу теплопровідності в технологічних процесах сільського господарства.

2. Завдання

Визначити числове значення коефіцієнта теплопровідності пластини заданого матеріалу. Встановити залежність коефіцієнта теплопровідності матеріалу від температури. Скласти звіт.

3. Теоретичні основи

Розподіл температури в просторі, занятому фізичним тілом, характеризується температурним полем, яке являє собою сукупність значень температур t в даний момент часу для всіх точок цього простору.

Якщо температура являється функцією одних тільки просторових координат (х,у,z), то таке поле називається стаціонарним, або усталеним. Коли температура кожної точки тіла залежить і від часу , тобто t = f(х,у,z ), тоді поле називається нестаціонарним або неусталеним.

Геометричне місце точок, які мають однакову температуру, називають ізотермічною поверхнею. Так як в одній і тій же точці не може бути двох різних температур, то ізотермічні поверхні не можуть перетинатися, а замикаються на собі, розташовуючись в середині тіла або на його границях.

Границя, відношення зміни температури t до відстані між ізотермами по нормалі n називається температурним градієнтом:

Температурний градієнт являється вектором, направленим по нормалі до ізотермічної поверхні, причому за додатній напрямок вектору приймається напрямок в бік збільшення температури.

Кількість теплоти Q, Вт, яка проходить в одиницю часу через ізотермічну поверхню F, м², називають питомим тепловим потоком або тепловим навантаженням поверхні нагрівання:

q= Вт/м²

Величини Q та q являються векторами, направленими по нормалі до ізотермічної поверхні, причому за додатній напрямок приймається напрямок в бік зменшення температури. Вектори теплового потоку і градієнта температур протилежні за напрямком. Загальна кількість тепла, переданого через стінку з поверхнею F за час , с, складає

, Дж.

Основний закон теплоопровідності формулюється наступним чином: питомий тепловий потік прпорційний градієнту температур:

q =

де – теплопровідність матеріалу тіла, Вт/(м К), який являється коефіцієнтом пропорційності.

Формулювання основного закону теплопровідності належить французькому вченому Фур'є. Цей закон сформульований у вигляді гіпотези, був підтверджений численними дослідами. Для найбільш простого випадку, коли теплота поширюється в плоскій стінці тільки в одному напрямку (вздовж осі х) закон Фур'є приймає вигляд:

q = Вт/м².