Отчет о лабораторной работе

В отчете о лабораторной работе должны быть представлены следующие позиции:

1. Схема экспериментального блока.

2. Протокол наблюдений, подписанный преподавателем.

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

Лабораторная работа № 2

Определение коэффициента теплопроводности

Твердых тел методом цилиндрического слоя

Задание

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

1) уяснить теоретические положения и методику экспериментального определения коэффициента тепло­проводности твердых тел методом цилиндра;

2) провести опыты по определению коэффициента теплопроводности латуни;

3.  зафиксировать температуру отнесения, при которой был определен коэффициент _экс латуни;

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

Теоретические предпосылки экспериментального метода

Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности методом цилиндрического слоя основано на создании стационарного теплового потока через цилиндрический слой металла, определении его величины и температурного напора на границах этого слоя.

Как известно [1, 5], уравнение стационарного теплового потока через однослойную цилин­дрическую стенку имеет вид

Q = , (10)

где Q – тепловой поток, Вт;  – коэффициент теплопроводности исследуемого металла, Вт/(мК); L – длина цилиндрического слоя, м; – перепад температур на границах слоя металла, здесь t₁, t₂  температура на внутренней и наружной поверхностях слоя исследуемого металла, °С; d₁, d₂  внутренний и наружный диаметры цилиндрического слоя металла, м.

При определенных в опыте значениях теплового потока Q и температурного напора из уравнения (10) находят экспериментальное значение коэффициента теплопроводности _экс исследуемого металла.

Устройство экспериментальной установки

Принципиальная схема установки изображена на рис. 6. Нагреватель 1 помещен в медную трубку 2. На трубке 2 смонтированы шесть цилиндров из исследуемых образцов латуни 3, одинаковых по размерам. Между цилиндрами установлены тонкие кольцевые пластины 4, которые уменьшают осевые потери теплоты. Для снижения тепловых потерь с торцов трубки 2 на концах нагревателя 1 установлены теплоизолирующие втулки 5 из пенопласта.

б

а

Рис. 6. Схема установки для определения теплопроводности латуни методом цилиндрического слоя:

а – принципиальная схема: 1 – нагреватель; 2 – медная трубка; 3 – латунные образцы; 4 – кольцевые пластины; 5 – теплоизолирующие втулки; t₁₁–t₂₃ – хромель-копелевые термопары;

б – панель управления: 1 – измеритель температуры типа УКТ-38; 2 – универсальный вольтметр типа МУ-68; 3, 5–7 – тумблеры; 4 – реостат типа ЛАТР

Электропитание нагревателя 1 осуществляется от электрической сети через реостат 4 типа ЛАТР (см. рис. 6, б). Величину тока в электрической цепи нагревателя определяют по образцовому сопротивлению R₀. Для измерения падений напряжения на нагревателе U_н и на образцовом сопротивлении U₀ используется универсальный вольтметр 2 типа МУ-68.

На внутренней и наружной поверхностях латунных цилиндров расположены спаи хромель-копелевых термопар (по три на каждой поверхности). Термопары измеряют температуру в точках: L/6, L/2, 5L/6, где L  общая длина латунных образцов. Термопары подключены к измерителю температуры УКТ-38, который автоматически показывает измеряемую температуру в такой последовательности:

 температура внутренней поверхности в сечении 5L/6;

 температура внешней поверхности в сечении 5L/6;

 температура внутренней поверхности в сечении L/2;

 температура внешней поверхности в сечении L/2;

 температура внутренней поверхности в сечении L/6;

 температура внешней поверхности в сечении L/6.

Измеритель температуры 1 типа УКТ-38 с тумблером 5, к которому подключены все шесть хромель-копелевых термопар, расположен в верхней части передней панели установки (см. рис. 6, б). На передней панели также расположены: универсальный вольтметр 2 типа МУ-68 с автоматическим переключением пределов измерений, тумблер включения установки 3, разъем V для подключения вольтметра 2, тумблер 6 для переключения вольтметра на измерение падений напряжения U₀ на образцовом сопротивлении и на основном нагревателе U_н. Регулируемый источник питания установки 4 включается тумблером.