Вказівки до виконання роботи. Лабораторна робота № 32. Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл методом регулярного режиму

Лабораторна робота № 32. Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл методом регулярного режиму

Хід роботи

1. Увімкнути ЕОМ та блок живлення.(Схема установки приведена на рисунку 31.4)

2. В пункті меню “Спец. практикум” вибрати лабораторну роботу СП3-1.

3. Установити необхідний коефіцієнт підсилення. (Відмітка сигналу повинна бути ближчою до верхнього краю монітора (рис 31.3).

4. Визначити напругу на опорі (лінія зеленого кольору).

5. Установити другий канал АЦП.

6. Повторити пункти 3 та 4, користуючись законом Ома (31.1)

7. Визначити струм через опір. Знаючи напругу та струм знайти опір R.

Контрольні запитання

1. Призначення АЦП, його принцип дії.

2. Яким чином подається інформація в ЕОМ?

3. Що таке чутливість АЦП?

4. Яким чином визначається опір провідника в даній роботі?

5. Від чого залежить опір провідника?

Мета роботи – визначити явища переносу; виміряти коефіцієнт теплопровідності ебоніту.

Для виконання роботи необхідно вивчити такий матеріал: явища переносу; теплопровідність.

[ 1, т.1 §§ 15.2, 19.2; 2, §§ 48; 4, т.1 §§ 79, 80]

Щоб експериментально визначити коефіцієнт теплопровідності l можна використати процес передачі теплоти в твердому тiлi, оскільки закономірності такого процесу завжди пов’язані з коефіцієнтом теплопровідності.

Коефіцієнт теплопровідності можна знайти з основного рівняння, яке описує процес теплопровідності – рівняння Фур’є:

,

де – кількість тепла, що передається вздовж осі x крізь елемент площі за час при градієнті температури .

Звiдси

.

Практичне вимірювання величин, які входять в останнє рівняння, має деякі ускладнення, тому краще розглядати такi процеси, в яких можна легко i точно вимiряти всi величини, що входять до розрахункової формули для визначення . Один iз таких процесiв – регулярний режим.

Нехай нагрiте до деякої температури T тiло розмiщене в середовищi, яке добре проводить тепло (наприклад вода).Температура цього середовища пiдтримується сталою і рівною T ₀. Тодi внаслiдок теплопровiдностi рiзниця температур тiла та середовища постiйно зменшуватиметься i в момент встановлення рiвноваги дорiвнюватиме нулю. Закон цього зменшення, тобто функція Δ T = f (t), залежить вiд розмiрiв та форми тiла, його теплофiзичних властивостей, а також вiд того, як було нагрiте тiло (рiвномiрно чи нi) перед початком дослiду. В початковiй стадiї теплообміну цей закон досить складний.

З часом настає так званий регулярний режим нагрiвання (чи охолодження), при якому рiзниця температур мiж будь-якою точкою зразка та навколишнiм середовищем залежить вiд часу за законом:

. (2.2.1)

Величина a у формулі (2.2.1) називається темпом нагрiвання (чи охолодження) i пов’язана з властивостями тiла:

, (2.2.2)

де k – коефiцiєнт форми, що залежить вiд форми та розмiрiв тiла; c – питома теплоємнiсть тiла; r – густина тiла. Для цилiндра:

, (2.2.3)

де R, h – вiдповiдно радiус i висота цилiндра.

Таким чином, визначення коефiцiєнта теплопровідностi l цилiндричного зразка з вiдомими густиною речовини r та питомою теплоємнiстю c зводиться до визначення темпу нагрiвання а. З цiєю метою вимiрюють рiзницю температур мiж зразком i зовнiшнiм середовищем у рiзнi моменти часу.

Згiдно з (2.2.1)

. (2.2.4)

Залежність після настання регулярного режиму на графіку має вигляд прямої з кутовим коефіцієнтом а (рис. 2.2.1).

Щоб знайти темп нагрівання а, на прямолiнiйнiй ділянці графіка вибирають довільно (але на досить великій відстані одна від одної) точки 1 i 2. Для цих точок визначають моменти часу τ₁ та τ₂, а також відповідні їм значення логарифмів різниці температур lnΔ T ₁ i lnΔ T ₂.

Тодi темп нагрівання розраховується за формулою:

. (2.2.5)

Пiсля визначення темпу нагрiвання можна знайти коефiцiєнт теплопровiдностi:

. (2.2.6)

За середовище, в якому нагрiвається зразок, доцiльно взяти воду, яка кипить, оскiльки, по-перше, в цьому разi забезпечується достатнiй теплообмiн поверхнi зразка з водою за рахунок перемiшування, по-друге, температура води, що кипить, вiдома та не змiнюється, коли зразок нагрiвається.

Температуру вимірюють за допомогою диференціальної термопари. Сигнал із термопари подається на 4 канал аналогово – цифрового перетворювача. Далі експериментальні дані обробляються ЕОМ. Під час експерименту ЕОМ автоматично будує графік залежності температури зразка від часу (рис. 32.2). При досягненні насичення закінчити експеримент клавішею ¢end¢. Комп’ютер автоматично побудує графік .

Дата добавления: 2014-11-07