Лабораторная работа №1 определение коэффициентов теплопроводности материалов методом регулярного режима

Цель работы – освоение методов экспериментального определения теплофизических свойств материалов и изучение закономерностей процесса нестационарной теплопроводности.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, следует изучить теоретическое введение, раздел 2, устройство лабораторной установки и указания о порядке выполнения работы.

Описание лабораторной установки

В состав лабораторной установки входят водяной термостат, калориметры, сосуд для нагрева калориметров, измерительные приборы. Калориметрами являются образцы с металлической или стеклянной оболочкой различной геометрической формы, заполненные исследуемым материалом. Разность температур калориметра и воды термостата измеряется при помощи термопары, горячий спай которой располагается в центре калориметра. Величина термоЭДС термопары определяется гальванометром.

Порядок выполнения работы

1. Изучить схему установки. Указать номера элементов схемы в подписи к рис.1.1.

2. Включить электронагреватель 4. Поместить калориметры с исследуемыми материалами в термостат 2 для прогрева.

3. Включить гальванометр 6.

4. Следить за нагревом калориметра по показаниям гальванометра. Нагревать до стабилизации показаний гальванометра (пп. 2-4 выполняются учебным мастером перед началом занятий).

5. Перенести калориметр из термостата 2 в термостат с холодной водой 3 и начать отсчёт времени.

6. Через равные промежутки времени (как правило, с интервалом 30 секунд) записывать показания гальванометра в табл. 1.2.1, 1.2.2. Вычислить значения десятичных логарифмов показаний гальванометра.

7. Повторить выполнение пунктов 3-6 для всех калориметров.

8. Отключить нагреватель и гальванометр.

9. Построить графики охлаждения опытных образцов (рис. 1.2). Выделить на графиках прямолинейные участки, где наблюдается регулярный режим (сохраняется постоянный темп охлаждения).

10. Выбрать на выделенных прямых (рис. 1.2) по две точки (№1 и 2) и определить темп охлаждения соответствующего образца. Результаты обработки опытных данных занести в табл. 1.3.

11. Рассчитать значения коэффициентов формы опытных образцов.

12. Определить коэффициенты температуропроводности и теплопроводности материалов, из которых изготовлены опытные образцы.

13. Сравнить полученные значения теплофизических свойств исследуемых материалов со справочными данными (табл. 1.1) и оценить погрешность выполненного эксперимента.

Контрольные вопросы

1. Принцип работы лабораторной установки.

2. Понятие нестационарной теплопроводности.

3. Особенности изменения температурного поля на поверхности и в толще опытного образца на каждой их 3 стадий процесса охлаждения (нагревания) тел.

4. Что такое регулярный режим? Как определяется темп охлаждения тела?

5. Как влияют на темп охлаждения форма и геометрические размеры тела? Что такое коэффициент формы?

6. Как зависит темп охлаждения от начальной температуры тела, его физических свойств и условий теплообмена со средой?

7. Физический смысл коэффициентов теплопроводности и температуропроводности. Их значения для различных материалов и сред.

8. Что такое градиент температурного поля? Что такое безразмерная относительная температура?

9. Почему в данной работе не потребовалось определять температуру тела образцов в градусах?

10. Физический смысл критериев Био – Bi, Фурье – Fo. Условия эксперимента, обеспечивающие осуществление малых и больших значений числа Био.

11. Чем отличаются критерии Нуссельта и Био? Почему критерий Био является определяющим?