Примерная форма журнала наблюдений

№ п/п	Время замера, мин	Интервал времени, мин	Температура,0С				Примечание
			tA	tB	ΔtА	ΔtB
1 2 3 4 …	0 2 4 6 …	2 2 2 …
Среднее		2

6. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Коэффициент теплопроводности металла, из которого изготовлен, например, стержень А, определяется из выражения (2)

,

где Q_A - количество тепла, переданного через стержень за время τ , Дж

где m_вА - масса воды в сосуде А, кг;

С_Рв = 4186,8 Дж/(кг К) - удельная теплоемкость воды;

;

m_CA, m_CВ – масса сосудов А и B;

теплоемкости материала сосудов А и B;

- температура воды в сосуде А соответственно в конце и начале интервала замера,⁰С;

S_А = S_В = 160 мм - длина стержней;

t₁ = 100 ⁰С - температура воды в центральном сосуде;

Dt_А – температурный перепад в сосуде А, ⁰С;

Dt_А

- сечение стержня, м²;

d = 13,8 мм - диаметр стержня;

t - интервал времени между двумя замерами, с.

Дать статистическую обработку полученных экспериментальных данных (приложение 1).

Полученные значения l сравнить с табличными и определить материал из которого изготовлен образец.

7. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА.

Отчет должен содержать основные теоретические положения, опи­сание и схему установки, журнал наблюдений, расчет коэффициентов теплопроводности, выводы по работе.

8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

Установка оборудована электронагревателем воды.

1. Заливку воды в сосуды и откачку ее производить при выклю­ченной из сети установке.

2. Не допускать излишне интенсивного кипения воды в централь­ном сосуде.

Литература [1], [3].

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ “МЕТОДОМ ТРУБЫ”

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Углубление знаний по теории теплопроводности, изучение методи­ки экспериментального определения коэффициента теплопроводности изоляционных материалов в стационарном режиме, получение навыков в применении статистических методов обработки экспериментальных данных на ЭВМ.

2. ЗАДАНИЕ.

Определить зависимость коэффициента теплопроводности иссле­дуемого материала от температуры.

Обработать экспериментальные данные, оценить погрешность эксперимента.

Составить отчет и защитить его.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Решение задачи идентификации теплофизических характеристик (инверсной задачи) может быть получено не только для плоской стенки (работа № 1), но и для других геометрических форм исследуемых тел. Причем иногда исследование теплопроводности цилиндрических, шаровых или тел других геометрических форм существенно упрощает измерение какого-либо параметра и повышает точность определения l. Рассмотрим подробнее "метод трубы", который базируется на решении стационар­ного уравнения теплопроводности для цилиндрической стенки

, (1)

при r = r : t = t₁ ;

при r = r : t = t₂ .

Решение этой задачи имеет вид

,

откуда

Так же как и в работе № 1 для расчета l необходимо измерить тепловой поток, проходящий через стенку за время t и получаю­щуюся при этом разницу температур на границах r₁ и r₂ . Однако в этом случае существенно упрощается и повышается точность определе­ния . Действительно при достаточно длинной цилиндрической трубе с внутренним электрическим нагревателем для расчета достаточно из­мерения напряжения и тока в цепи нагревателя. Погрешность определе­ния в этом случае будет определяться в основном тепловыми потеря­ми с торцевых поверхностей испытуемого образца (рисунок 2.1.).

4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Экспериментальная установка (рисунок 2.3) состоит из цилиндрической медной трубы 1, покрытой слоем исследуемой изоляции. Пространство между нагревателем и внутренней поверхностью трубы заполнено медными опилками для равно­мерного распределения теплового потока по длине трубы и устранения конвективных потоков. На внутренней и наружной поверхностях иссле­дуемой изоляции установлены по три хромель-алюмелевых термопары 4. Питание нагревателя осуществляется автотрансформатором 6. Напряже­ние контролируется вольтметром 5. Термопары 4 подключены через пе­реключатель термопар 9 к потенциометру 10. Холодные спаи термопар помещены в сосуд Дьюара 8, заполненный тающим льдом.

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

5.1. К выполнению экспериментальной части работы студенты до­пускаются преподавателем после подготовки журналов наблюдений и проверки знания теории и порядка выполнения работы.

5.2. Включение установки производится преподавателем.

5.3. При помощи ЛАТРа 5 и вольтметра 4 установить и поддержи­вать необходимую мощность на электронагревателе 2.

5.4. Измерение температуры производить при строго установившем­ся режиме, который наступает через 30-50 мин. после включения уста­новки. Через 30 мин. начать замеры, которые следует производить че­рез 3-5 минут. Сделать 5-6 замеров на разных тепловых режимах и наступления стационарного режима.

5.5. Переход на новый тепловой режим осуществляется с помо­щью ЛАТРа изменением подводимого к электронагревателю напряжения. Через 30 мин. начать замеры, как п.5.4.

5.6. Для выполнения работы в полном объеме необходимо провести опыты при трех различных тепловых режимах.

Примечания. Рекомендуется следующая последовательность уста­новки режимов:

а) режим № 1. Установить напряжение 120 В. Через 15 мин. установить

80-90 В и поддерживать это напряжение до конца опыта;

б) режим № 2. В целях ускорения охлаждения трубы напряжение устано­вить 0-10 В. Через 15 мин. установить напряжение 60-70 В и поддер­живать это напряжение до конца опыта;

в) режим № 3. Снять напряжение на 15 мин., а затем установить 45-55 В;

г) режим №4. Снять напряжение на 15 мин., а затем установить 30-40 В.