Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
10
Добавлен:
02.04.2015
Размер:
80.9 Кб
Скачать

Работа № 10

Определение коэффициента термического

расширения (линейного) твердого тела.

10.1. Назначение

10.2. Состав

Оборудование и элементы системы изображены на схеме 10:

10.2.1. Проволока из исследуемого материала (2), натянутая внутри теплоизоляционной трубки (1). Верхний конец проволоки закреплен на штативе, нижний конец проволоки закреплен на поводке микрометра-индикатора (5). Снизу к поводку микрометра-индикатора прикреплен груз (4), служащий для поддержания проволоки в натянутом состоянии. К проволоке (2) сверху и снизу подведены провода, по которым подводится ток для нагрева проволоки.

Параметры:

- длина проволоки между точками подключения проводов: 1 м;

- диаметр проволоки: 0,10,3 мм (задается);

- шкала микрометра:

большая 0,1 мм на один оборот, цена деления - 1 мкм.

маленькая 1 мм на один оборот, цена деления - 0.1 мм

10.2.2. Контрольное сопротивление (7) служит для контроля тока, протекающего через проволоку. Изготовлено из константана и имеет: а) пренебрежимо малый термический коэффициент сопротивления; б) большую мощность рассеяния, что позволяет пренебречь его нагревом при протекании тока. Сопротивление (7) может принимать два значения - 10 Ом и 30 Ом, переключаемые тумблером (11).

10.2.3. Блок питания (8) позволяет регулировать подаваемое напряжение в пределах 050 В. Блок питания имеет функции ограничения выходной мощности: при превышении выходной мощности () величины 150 Вт, дальнейший рост напряжения блокируется. Благодаря этому температура проволоки не может превысить 400 С. Подача напряжения в систему осуществляется с пульта (12).

10.2.4. Цифровые четырехзнаковые вольтметры (9) и (10) служат для измерения падения напряжения на сопротивлении (7) и на проволоке (2). Переключатели диапазона измерения служат для более точного измерения величин.

10.3. Работа отдельных узлов

10.3.1. При выполнении работы предполагается температура окружающего воздуха равной 20С. По заданному материалу проволоки и ее диаметру вычисляется начальное сопротивление проволоки:

где: - удельное сопротивление при 20 С;

- длина проволоки (1 м);

- сечение проволоки (м2).

В данной работе могут использоваться следующие материалы проволоки:

- медь

- нихром

- сталь

- аллюминий

материал

уд. сопр.

Оммм2

темп. коэфф. сопр.

х10-3 град-1

темп. коэфф. объемного расш.

х10-6 град-1

1

вольфрам

0.055

4.2

4.3

2

сталь

0.098

6.0

11.5

3

аллюминий

0.028

0

23.5

4

медь

0.0175

4.1

17.5

При подаче на установку напряжения температура проволоки рассчитывается по итерационной схеме:

1. При первом проходе температура проволоки принимается равной , при дальнейших проходах принимается равной температуре, вычисленной на этапе 3.

2. Находим сопротивление проволоки при температуре ; ток, текущий по цепи ; мощность, выделяемую на проволоке .

, - коэффициент температурного

сопротивления;

3. Находим температуру проволоки:

, =0,21 - коэффициент теплоотдачи.

4. Если , то температура проволоки принимается равной , иначе возвращаемся на этап 1.

После расчета температуры проволоки определяем изменение ее длины (соответственно показания микрометра) при этой температуре:

, - коэффициент линейного расширения.

10.3.2. Параметр релаксации = 60 сек.

10.3.3. Требуемые погрешности измерений при выполнении работы обеспечиваются округлением величин напряжений и до пределов измерения цифровых вольтметров.

10.4. Ошибки.

10.4.1. Температура проволоки в данной работе не должна превышать 120 С. При превышении этой температуры надо увеличивать коэффициент термического расширения при удлинении (на 1% на каждый градус превышения температуры). При уменьшении температуры в интервале 120... С (то есть при сокращении длины) коэффициент термического расширения наоборот уменьшается от нормального (на 1% на каждый градус превышения температуры). Таким образом имитируется эффект термической усталости.

10.5. Начальные параметры

10.5.1. Преподавателем задается: тип материала проволоки, а также диаметр проволоки. Выбор материала осуществляется из фиксированного списка (см. таблицу в п.10.3.1), диаметр - произвольно в интервале 0.10.3 мм.

10.5.2. Начальные параметры по умолчанию:

- температура окружающая 20 С.

- БП выключен

- напряжение (при включении БП) 0 В

- НАГРЕВ выключен

- нагрузочное сопротивление в положении "30 Ом"

- вольтметры в режиме "100 В"

- стрелки индикатора (микрометра) - в произвольном положении.

10.6. Цветовые и визуальные эффекты

10.6.1. Цвет проволоки меняется по дополнительно определенной шкале температура-цвет.

10.6.2. Показания индикатора изменяются в соответствии с рассчитанным удлинением проволоки.

10.6.3. При превышении температуры проволоки 120 С вокруг проволоки надо изобразить "ореол" красного сияния.

10.7. "ЖУРНАЛ"

10.7.1. Временной интервал записи:

- немедленно при: изменении напряжения, включении/выключении нагрева, изменении нагрузочного сопротивления.

- иначе через 10 сек.

10.7.2. Данные строки "таблицы параметров":

1) время

2) НАГРЕВ

3) БП

4) напряжение (В), установленное на БП

5) напряжение на нагрузочном сопротивлении

6) напряжение на проволоке

7) рассчитанная температура проволоки

8) показания индикатора в формате М - ББ , где М - показания по внутренней

(маленькой) шкале, ББ - показания по внешней (большой) шкале.

Соседние файлы в папке Labwork10