7.2. Содержание и порядок выполнения работы.

Для измерений используется тепловая ячейка, в которой исследовалась тепловая проводимость пенопластовой оболочки. Однако работать она должна в обратном режиме. Если в предыдущих опытах она использовалась как бикалориметр, т. е. служила для измерения теплопроводности и тепловой проводимости оболочки, то в данной лабораторной работе решается обратная задача.

Охлаждение и нагрев ячейки с находящимся в ней медным стерженьком, теплоемкость которого хорошо изучена различными экспериментальными методами, позволило определить тепловую проводимость тепловой ячейки. Из физических соображений следует, что проводимость пенопластовой оболочки, являясь ее внутренней характеристикой, не теплоемкости стерженька. Это означает, что если в тепловую ячейку поместить образец с неизвестной теплоемкостью, то при известной тепловой проводимости оболочки появляется возможность определять теплоемкость любых металлов. Важно лишь, чтобы использовались образцы, совпадающие по форме и габаритам с медным стерженьком.

Из сказанного следует, что процедурно опыты по определению теплоемкости должны полностью совпадать с опытами по определению тепловой проводимости пенопластовой оболочки.

Итак, при проведении интересующих нас опытов должны последовательно выполняться следующие промежуточные операции.

Опыт № 1. Исследуется процесс охлаждения образца (выдается преподавателем или лаборантом), защищенного теплозащитной оболочкой, в среде кипящего азота.

Для проведения опыта студенту предстоит выполнить целый ряд промежуточных операций.

1. Получить у лаборанта или преподавателя лабораторный стенд, соединительный кабель, температурные датчики (три термопары).

Внимание. Еще раз напоминаем, что для проведения этой работы следует использовать тот стенд, на котором определялась тепловая проводимость пенопластовой оболочки (работа № 7).

2. Установить лабораторный стенд на своё рабочее место.

3. Вставить одну из вилок RJ-45 соединительного кабеля в разъем “Ethernet” контроллера. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

4. Вставить вторую вилку RJ-45 соединительного кабеля в компьютерную розетку RJ-45, находящуюся на стене рядом с электрической розеткой. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

5. Подключить температурные датчики к соответствующим гнездам блока “холодных спаев” лабораторного стенда. Напоминаем, что термопары могут подключаться только к разъемам 1 – 4.

6. Вставить вилку сетевого шнура контроллера в электрическую розетку.

7. Включить питание контроллера. После включения питания на дисплее контроллера высвечивается меню “Исходные параметры”. По умолчанию в памяти контроллера установлен номер работы “1”, поэтому его следует исправить.

8. Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появляется “Главное меню”. В подменю «Эксперимент» следует задать режимные параметры опыта: его номер; интервал между измерениями – 2 секунды; число шагов – 200.

9. Установить значение температуры фазового перехода для используемого вещества (в кельвинах), согласно табл. 7.2.1.

Таблица 7.2.1

Вещество	, К
Жидкий азот	77,36
“Сухой лед”	194,67
“Вода-лёд”	273,15
Кипящая вода	373,15

10. Под присмотром преподавателя или лаборанта заполнить свободный сосуд-термостат стенда жидким азотом (на две трети высоты его внутреннего стакана).

11. Плотно закрыть ячейку специальной крышкой.

12. Через специальное отверстие в крышке опустить вторую термопару (ТП-2) в ячейку с жидким азотом таким образом, чтобы ее рабочий конец был погружен в вещество на 20…30 мм, но не касался дна или стенок сосуда. Третью термопару (ТП-3) следует разместить в одном из отверстий дюралевого ядра во втором сосуде-термостате.

13. Использовать для опыта выданный преподавателем образец (стерженек), измерить его диаметр, высоту и массу. Масса должна измеряться на лабораторных весах.

14. Вставить в отверстие стерженька образцовую термопару (ТП-1), защемить ее куском спички или зубочистки в ампулу и вставить стерженек в гнездо тепловой ячейки (пробирки-ампулы), защищенной в своей нижней части теплозащитным стаканом из пенопласта.

15. Взять тепловую ячейку с образцом за верхнюю кромку и опустить в сосуд с жидким азотом, а затем без промедления начать опыт, нажав значок “ВВОД” в меню “Эксперимент”.

В процессе опыта контроллер автоматически производит опрос температурных датчиков. После окончания опыта контроллер выдает продолжительный звуковой сигнал.

16. По завершении опыта нажать крестик в правом верхнем углу меню “ Эксперимент”, после чего на экране появляется “Главное меню”

17. Передать экспериментальные данные проведенного опыта в базовый компьютер. Для этого следует нажать в главном меню строку “Передача данных”.

Внимание! Контроллер сохраняет в памяти данные только одного опыта, поэтому не забывайте передавать данные на базовый компьютер после каждого опыта.

После завершения передачи данных контроллер готов к проведению следующего опыта.

Опыт № 2

Исследуется процесс нагрева образца и ячейки в массивном дюралевом стакане (ядре) с комнатной температурой. Предполагается, что теплозащитная оболочка ячейки находится в хорошем тепловом контакте с массивным изотермическим ядром.

При проведении этого опыта студент должен практически полностью повторить все основные операции предыдущего опыта (см. пункты 7…17). Для этого следует снова включить контроллер, сохранив в нем прежние режимные установки, и быстро перенести тепловую ячейку из сосуда с азотом в сосуд с металлическим ядром.

После завершения опыта можно вынуть тепловую ячейку из дюралевого блока, удалить из нее медный образец и вытащить из него термопару.

С помощью контроллера передать всю информацию об опыте в базовый компьютер.

18. Выключить питание контроллера.

19. Отсоединить температурные датчики от блока “холодных спаев” лабораторного стенда.

20. Выдернуть сетевой шнур контроллера из розетки.

21. Отключить соединительный кабель от разъема “Ethernet” на контроллере и от компьютерной розетки.

22. Сдать лаборанту или преподавателю лабораторный стенд, соединительный кабель, температурные датчики.

23. Выполнить обработку полученных экспериментальных данных, действуя согласно разделу 1.3.