Выполнение работ
Для достижения стационарного температурного поля установку включают за 2–3 ч до проведения опытов.
Перед проведением измерений студент вместе с преподавателем знакомится с экспериментальным стендом и электроизмерительными приборами.
Студент самостоятельно выполняет опыты при заданном тепловом режиме. Для контроля стационарности теплового режима проводятся 5 групп измерений через каждые 5 мин. Каждая группа измерений состоит из измерений силы тока, падения напряжения в цепи нагревателя и термоЭДС двух термопар. Показания амперметра, вольтметра и милливольтметра записываются в протокол наблюдений (табл. 6).
О стационарности теплового режима опыта судят по постоянству измеренных значений температуры во времени с учетом погрешностей милливольтметра, вольтметра и амперметра.
Таблица 6
Протокол наблюдений
|
№ опыта |
I, A |
U, В |
ТермоЭДС термопар, мВ |
|
|
Внутренняя поверхность |
Наружная поверхность |
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
Средние значения |
|
|
|
|
После подписания протокола наблюдений преподавателем студент приступает к обработке результатов измерений.
Обработка результатов измерений
Студент последовательно проводит:
1) усреднение измеренных значений силы тока, падения напряжения и термоЭДС термопар;
2) определение значения теплового потока Q, численно равное произведению средних значений силы тока I и падения напряжения U: Q = IU;
3) определение температуры на внутренней и наружной поверхностях исследуемого образца материала. Для этого по данным таблицы градуировки термопар, приведенной на стенде в лаборатории, строит график зависимости термоЭДС от температуры в масштабе для интервала термоЭДС, измеренных в данном опыте. Используя график, определяет средние значения температуры на внутренней tвн.ср и наружной tн.ср поверхностях асбеста или песка по средним значениям термоЭДС термопар из протокола наблюдений;
4) вычисление по формуле (22) коэффициента теплопроводности исследованного образца материала. Размеры образца, необходимые для расчетов, приведены на стенде;
5) определение температуры отнесения найденного коэффициента теплопроводности материала по формуле
tотн = (tвн.ср + tн.ср) / 2; (23)
6) определение плотности исследуемого образца материала по формуле
= M / V, (24)
где М – масса образца материала (приведена в таблице на стенде), кг; V – объем образца, м3;
7) сопоставление найденного в опыте значения коэффициента теплопроводности материала экс с имеющимся в литературе табличным значением таб (c учетом температуры отнесения и плотности исследуемого образца материала). Величина отклонения определяется по формуле
=
.
(25)
Имеющиеся в литературе значения коэффициентов теплопроводности таб некоторых видов материалов приведены в приложении, а также в сборнике задач [4].