Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
11
Добавлен:
02.04.2015
Размер:
249.36 Кб
Скачать

Работа № 17

Определение теплопроводности газов методом нагретой нити.

17.1. Назначение

17.2. Состав

Оборудование и элементы системы изображены на схеме 17:

17.2.1. Труба (2) с коаксиально расположенной тонкостенной медной трубкой (5). Трубка (5) изолирована от цилиндра (2) кольцевыми пробками (3), которые одновременно герметизируют внутреннее пространство между стенками. По трубкам (13) и (14) через внутреннее пространство цилиндра циркулирует вода из термостата (10), задающая температуру трубки (5). Между шайбами (4) внутри медной трубки натянута тонкая вольфрамовая проволока (1).

Параметры:

 

 

- диаметр проволоки (1)

0,1

мм;

- внутренний диаметр трубки (5)

8 мм;

- длина проволоки (1)

0,5

м;

17.2.2. Проволока (1) подключена к источнику постоянного тока (11) через эталонное сопротивление Rэт (6). Проволока и эталонное сопротивление образуют правое плечо

измерительного моста. Левое плечо моста образуют магазин сопротивлений (8) и нагрузочное сопротивление rн (7). Баланс моста контролируется гальванометром (9).

Параметры:

- величина

Rэт

2 ом;

- величина

rн

20 ом.

17.2.3.Термостат (10) обеспечивает подачу на вход теплоприемника воды с температурой, заданной на блоке управления (12). При изменении установки термостата время релаксации 5 мин.

17.2.4.Блок питания (11) обеспечивает питание схемы регулируемым постоянным напряжением. На табло блока питания отображается величина напряжения и сила тока.

Параметры:

- диапазон напряжений

0÷50 В;

- шаг установки напряжения

0,1 В.

- максимальный ток

2 А

17.3.Работа отдельных узлов

17.3.1.Расчеты при выполнении работы

Измерительный мост. Т.к. rн =10 Rэт , то при балансе моста сопротивление Rизм , установленное на магазине, будет в 10 раз больше сопротивления проволоки R . Ток IR , протекающий через правое плечо моста при балансе (т.е. через проволоку), связан с полным током IБП , потребляемым от источника питания, соотношением:

IR =1011 IБП

Мощность PR , выделяемую на проволоке находим из выражения:

P

= R I 2

 

R

10

I

 

2

10

R

I 2

=

изм

 

 

 

 

=

 

 

10

11

121

R

R

 

 

 

БП

 

изм

БП

Температура нити определяется как:

T =T

+

R R0

, α = 4,6 103

Ом

окр

 

α

 

град

 

 

 

Среднеинтегральный коэффициент теплопроводности λср находится по формуле:

 

 

 

 

1

 

D

 

P

 

 

1

 

λ

 

(T

)=

 

ln

 

 

 

R

 

 

 

 

2 π

 

 

T T

 

ср

m

 

 

d

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

окр

где Tm - среднеарифметическая температура,

Tm =

 

T +Tокр

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.3.2. Расчет величин при отображении.

Фактические номиналы величин следующие:

R0 = R(T = 0oC)=3,5 Ом - сопротивление проволоки при 0°С; R(T )= R0 [1+α T ] - сопротивление при T °С (!);

Rэт =35 ом

Коэффициент

λср в диапазоне температур 0÷300 °С с погрешностью не более 2%

можно рассчитать как:

 

 

273 0,86

 

 

 

 

T

+T

+2

 

 

 

 

R

окр

 

 

 

 

 

 

λср (Tm )= 0,0244

 

 

 

 

 

, Вт/м

 

 

 

 

2 273

 

 

 

 

 

 

 

 

где: TR - температура проволоки в °С;

 

 

 

 

 

Tокр - температура термостата в °С.

 

 

 

 

 

T =

TR +Tокр

 

- среднеарифметическая температура (температура приведения).

 

m

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В связи с тем, что при изменении температуры TR

меняется R и λср , а также PR , что

приводит в свою очередь к изменению TR , прямой расчет величин невозможен. Расчет проводится методом последовательных приближений по следующей схеме:

1)Задаем температуру проволоки T n : при первом проходе принимаем ее равной Tокр , при следующих проходах T n+1 T n .

2)

По T n вычисляем R(T ), IR , PR , λср (T =T n ).

3)Вычисляем T n+1 :

 

+

 

 

P

 

D

 

 

 

T n 1

=T

+

R

 

ln

 

 

 

2 π λср

(T n ) L

 

 

 

 

 

 

 

окр

 

d

4)

Если

 

T n+1 T n

 

< 0.1 °С, то расчет прекращаем, иначе - переходим на п.1).

 

 

5)На табло БП сила тока: IБП =1011 IR

17.3.4. Отклонение стрелки гальванометра определяем по следующему правилу: Полному отклонению стрелки от положения "0" соответствует разбаланс моста на 8 младших разрядов магазина сопротивлений. Если сопротивление магазина меньше чем R , то стрелка отклоняется влево, если больше чем R , то вправо.

17.4.Ошибки.

17.4.1.Если термостат не включен в режим нагрева и циркуляции, то установившуюся температуру теплоприемника считаем равной 20 °С. Время установления при полностью выключенном термостате для теплоприемника - 5 мин. Если включена циркуляция, то время установления - 15 мин. В данной работе температура теплоприемника отдельно не измеряется и считается равной температуре, установленной на блоке управления термостатом. Поэтому при выключенном термостате студент не знает температуру, которую имеет теплоприемник.

17.4.2.Если установка термостата меньше 20 °С, то температура теплоприемника будет

20 °С.

17.5.Начальные параметры

17.5.1.В данной работе нет параметров, задаваемых Преподавателем.

17.5.2.Начальные параметры по умолчанию:

- температура

20

°С.

- БП выключен

 

 

- напряжение (при включении БП)

0 В

- термостат нагрев ВЫКЛ

 

 

- термостат циркуляция ВЫКЛ

 

°С

- термостат установка

20

- магазин сопротивлений - все разряды в произвольном положении.

17.6.Цветовые и визуальные эффекты

17.6.1.Цвет проволоки меняется по шкале температура-цвет:

17.6.2.Если включена циркуляция, то крыльчатка термостата должна вращаться. Если включен нагрев, то ТЭН термостата должен окрашиваться в красный цвет, иначе - в серый.

17.6.3.Если проводятся попытки балансировки моста до установления температуры, то стрелка гальванометра должна "уходить" от положения равновесия.

17.7."ЖУРНАЛ"

17.7.1.Временной интервал записи:

-немедленно при: изменении напряжения, изменении установки термостата, переключения магазина сопротивлений.

-иначе через 10 сек.

17.7.2.Данные строки "таблицы параметров":

1)время

2)БП ( вкл / выкл )

3)термостат нагрев

4)термостат циркуляция

5)термостат установка

6)БП напряжение

7)магазин сопротивлений - число ХХ.Х

8)показания гальванометра в делениях шкалы

9)температура проволоки

10)средняя температура

Схема 17.

Соседние файлы в папке Виртуалка