КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Вимірювання коефіцієнта теплопровідності газівЕкспериментальне вивчення теплопровідності газів утруднене, оскільки перенесення тепла в газі відбувається не лише внаслідок простого механізму теплопровідності, а й так званої конвекції, яка легко виникає в газі. Конвекція — це перенесення тепла разом з переміщенням маси газу під впливом сили тяжіння при наявності різниці температур. Механізм як конвекції, так і теплопровідності полягає у вирівнюванні температури в газі, тому відрізнити їх експериментальне важко, і при вимірюванні теплопровідності треба забезпечити такі умови, за яких конвекція не виникає. Один з найбільш поширених методів вимірювання коефіцієнта теплопровідності газів полягає у заповненні досліджуваним газом простору між двома коаксіальними циліндрами радіусами r1 і r2, один з яких (переважно внутрішній) нагрівається електричною піччю потужністю W, а другий охолоджується з підтриманням сталої температури T2. Внутрішній циліндр, виготовлений з тонкого дроту, через який проходить електричний струм, одночасно є нагрівачем. Через деякий час після ввімкнення нагрівача встановлюється стаціонарний стан, при якому температура T1 внутрішнього циліндра, що нагрівається, теж постійна.
Таким чином, між внутрішнім і зовнішнім циліндрами встановлюється стала різниця температур T1-T2, яка залежить від теплопровідності газу. Опишемо цю залежність. Якщо висота циліндра дорівнює h, то кількість тепла, яка проходить за 1 с через будь-який циліндричний переріз S радіусом r , визначається за формулою: де – градієнт температури вздовж радіуса циліндра. Якщо висота циліндра значно більша за радіус, то температуру вздовж осі циліндра вважаємо однаковою. У стаціонарному стані Q = W. Отже, Звідки Проінтегрувавши останнє рівняння, одержимо де С – стала інтегрування, яку можна знайти з умови, що при r = r1 T = T1, а при r = r2 Т = Т2, тобто , , . Таким чином, температура, що встановилася у нагрітому циліндрі, дорівнює Вимірявши температуру Т1 і Т2, і знаючи геометричні розміри приладу та потужність нагрівача, можна обчислити коефіцієнт теплопровідності За температуру стінки трубки Т2 приймають температуру навколишнього середовища, яка вимірюється термометром. Температуру дроту можна визначити, вимірюючи зміну її електроопору при нагріванні. Дійсно, в області досліджуваних температур опір дроту зростає з температурою за лінійним законом , де R0 і RT — опір дроту відповідно при T=273.15°K і при вимірюваній температурі T,°K; – температурний коефіцієнт опору. Вимірявши опір дроту R1 до нагрівання до T1 і R2 при нагріванні до T2, отримаємо
Це значення температури підставимо у формулу (). Для оцінки кількості тепла, що віддає дріт за рахунок випромінювання, використаємо закон Стефана-Больцмана, згідно з яким з одиниці поверхні абсолютно чорного тіла за одиницю часу випромінюється енергія: W=sT4 де Т — абсолютна температура чорного тіла; s = 5,735·10–8 Вт/м2 ·K4. Будь-яке тіло, що не е абсолютно чорним, при цій же температурі випромінює з одиничної поверхні за одиницю часу меншу енергію: e — поглинаюча властивість тіла. Для нашого випадку енергія випромінювання за одиницю часу , де S — площа поверхні дроту. Таким чином, енергія випромінювання становить декілька процентів загальної теплової енергії нагрітого дроту. У замкнутих системах малих розмірів конвекція практично відсутня і тепло передається лише за рахунок теплопровідності і випромінювання. Вплив конвекції на передачу тепла від дроту до стінки трубки можна перевірити, вимірюючи коефіцієнт теплопровідності при різних тисках газу в трубці. Кількість тепла, що переноситься за рахунок конвекції, зменшується зі зменшенням густини газу, а отже, і тиску. Коефіцієнт теплопровідності від тиску не залежить, тому, якщо результати вимірювання коефіцієнта теплопровідності зменшенням тиску повітря в трубці не змінюються, можна вважати, що конвекція не впливає на передачу тепла від дроту до стінки трубки.
Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 725; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |