Отчет о лабораторной работе

В отчете о лабораторной работе должны быть представлены:

1. Схема экспериментальной установки.

2. Характеристики измерительных приборов.

3. Данные градуировки термопар.

4. Протокол наблюдений, подписанный преподавателем.

5. Расчеты по обработке опытных данных и сопоставлению _экс и _таб.

Лабораторная работа № 4

Определение коэффициента теплопроводности

Материалов методом шара

Задание

Изучив соответствующие разделы рекомендуемой учебной литературы [1, 5], студент должен:

1) уяснить теоретические положения и методику экспериментального определения коэффициента тепло­проводности материалов методом шара;

2) провести опыт по определению коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала – асбеста волокнистого или сухого песка;

3) зафиксировать параметры отнесения, при которых был определен коэффициент _экс (температура, плотность);

4) сопоставить полученное экспериментальное значение теплопроводности _экс с табличным значением _таб, рекомендованным в справочной литературе [4].

Теоретические предпосылки экспериментального метода

Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности материалов методом шара основано на создании стационарного температурного поля в сферическим слое изоляции или песка и определении величины теплового потока и значения разности температур на границах слоя исследуемого материала.

Как известно [1, 5], величину стационарного теплового потока, проходящего через сферический слой материала, можно рассчитать по формуле

, (22)

где Q – тепловой поток, Вт;  – коэффициент теплопроводности исследуемого материала, Вт/(м · К); t = t_вн – t_н – перепад температур в сферическом слое асбеста или песка, здесь t_вн, t_н  температура на внутренней и наружной границах слоя материала, °С; R₁, R₂  внутренний и наружный диаметры сферического слоя материала, м.

При определенных в опыте значениях теплового потока Q и разности температур t из уравнения (22) находят экспериментальное значение коэффициента теплопроводности _экс исследуемого материала.

Устройство экспериментальной установки

Схема лабораторной установки для определения коэффициента теплопроводности материалов методом ша­ра изображена на рис. 8.

Рис. 8. Принципиальная схема экспериментальной установки:

1 – внешний шар; 2 – внутренний шар; 3 – нагреватель; 4 – исследуемый материал; 5 – милливольтметр; 6 – переключатель термопар; 7 – сосуд Дьюара

Прибор состоит из двух полых разъемных шаров: внутреннего 2 и внешнего 1, расположенных концентрично. Полость между шарами равномерно заполнена исследуе­мым материалом 4. На поверхности внутреннего шара изнутри расположен электрический нагреватель 3, равномерно размещенный по сферической поверхности. Электрическая цепь нагревателя питается постоянным током от выпрямителя. Мощность нагревателя регулируется реостатом типа ЛАТР и рассчитывается по показаниям амперметра и вольтметра, входящих в электрическую цепь.

Температуру t_вн и t_н на границах сферического слоя исследуемого материала измеряют медьконстантановыми термопарами. Для лучшей равномерности температурного поля поверхности сфер, ограничивающие исследуемый материал, изготовлены из высокотеплопроводной меди.

При строго концентрическом расположении обоих шаров, равномер­ном обогреве и тщательном заполнении прибора исследуемым материа­лом можно говорить о стационарности температурного поля в образце, его симметричности и о радиальном направлении теплового потока через слой изоляции или песка.

ТермоЭДС термо­пар измеряют милливольтметром 5 при помощи переключателя 6. Холодные спаи термопар нахо­дятся в сосуде Дьюара 7 с тающим льдом.

Необходимые для расчетов геометрические размеры сфер приведены в таблице на стенде.