1. Қысқаша теориялық мәліметтер.

Егер газ термодинамикалық тепе-теңдік күйінде болса, онда оның температурасы барлық нүктесінде бірдей болады. Жүйеде жылулық тепе-теңдік бұзылса, жүйені тепе-теңдік күйіне қайтаруға тырысатын энергия ағыны пайда болады. Температураның жоғарғы аймағынан төменгі аймағына энергияның тасымалдануы жылуөткізгіштік құбылысы деп аталады.

Егер газдың әр нүктесінде температура әртүрлі болса, онда сол нүктелердегі молекуланың орташа кинетикалық энергиясы да әртүрлі болады. Молекулалардың үнемі соқтығысу салдарынан уақыт өте келе температураның жоғарғы аймақтарынан температураның төменгі аймақтарына қарай энергияның тасымалдануы өтеді. Бұл процесс температураның тепе-теңдігіне әкеледі. Осылайша газдардағы жылуөткізгіштік процесі жүзеге асады.

Энергияның тасымалдануы жылудың тасымалдану түріндегі Фурьенің эмпирикалық заңына бағынады:

₍₁₎

Мұндағы  − х осьінің бойындағы жылу ағынының тығыздығы (бірлік уақытта жылу ағынының бағытына перпендикуляр бағытталған бірлік көлемнен өтетін жылу мөлшеріне тең есептелген шама, Дж/с∙м² өлшенеді);

 − ауданға нормал бағытындағы бірлік ұзындықтағы температураның өзгеру жылдамдығына тең келетін температура градиенті;

 − жылуды өткізетін ортаның қасиетінен тәуелді оң тұрақты шама. Бұл тұрақты шама жылу өткізгіштік коэффициенті деп аталады. Минус таңбасы жылу өткізгіштік кезінде энергия температураның кему бағытына қарай тасымалданатынын білдіреді. Жылу өткізгіштік коэффициенті сан жағынан (температура градиенті үшін) жылу ағынның тығыздығына тең шама және өлшем бірлігі Дж/с∙м∙К.

Газдарда жылу өткізгіштік мына формуламен анықталады:

,

Мұндағы −тұрақты көлемдегі газдың жылу сыйымдылығы (тұрақты көлемдегі 1 кг газды 1 К температураға қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері);

−газдың тығыздығы; −молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы;

−молекуланың еркін жүру жолының орташа ұзындығы.

Екі концентрлі цилиндрлер арасындағы стационар таралған температура үшін жылу ағынын анықтаймыз. Сыртқы цилиндрдің диаметрі − , ішкі цилиндрдікі − . Цилиндрдің ұзындығы деп есептейміз. Сондықтан цилиндрдің кіре-берісіне келген жылу ағынын ескермеуге болады. Цилиндрлердің температуралары және тұрақты мәндерді сақтап тұрады.

Цилиндр радиусы , ал биіктігін  деп ойша белгілейік. Цилиндрдің осі қарастыратын цилиндрлердің осімен дәл келеді.

Белгіленген цилиндрдің бүйір беті арқылы бір секунд ішінде тасымалданатын жылу ағыны мынадай:

.

Алынған дифференциалдық теңдеу төмендегідей оңай интегралданады:

.

Осыдан

,                                                              (2)

Мұндағы   − цилиндрлердің температура айырымдары.

 

2. Қондырғымен есептеуге қолданылатын формулалар

Ауаның жылу өткізгіштігін өлшеу үшін ФПТ 1-3 екі блоктан құралған қондырғы берілген (1-сурет):

1) қондырғы блогы;

2) жұмыс элементі;

Жұмыс элементі блогында вертикаль шыны түтік берілген, ол шыны түтіктің ішінде вертикаль вольфрам сымы тартылған (4). Жылу өткізгіштік процесі вольфрам сымын тұрақты ток пен қыздыру арқылы шыны түтікке беріледі.

Сым тізбектей кедергісі Ом болатын этолондық резисторге жалғанған. Зертханалық жұмыс барысында резистордың температурасы тұрақты және шыны түтіктің температурасына тең. Егер сым арқылы өткен кернеудің төмендеуін деп белгілесек, ал эталондық резистордағы кернеуді -деп белгілесек, онда сымнан ток өткен кездегі бөлінетін жылулық қуат Джоуль-Ленц заңымен анықталады:         

,                     (3)

Мұндағы     − сым мен эталондық резистор арқылы өтетін ток. Кернеудің мәні жұмыс элементі блогына орналастырылған сандық құрал бойынша анықталады.

Қондырғы блогындағы ауыстырыпқосқыштың көмегімен сым мен этолондық резисторды кезекпен қосуға болады.

Тәжірибе барысында құбырдың температурасы тұрақты, өйткені оның беті желдеткіштің көмегімен ауа ағынымен үрленеді. Құбырдағы температураның мәні жұмыс элементінде орналасқан 6-шы сандық құралмен анықталады.

Сымның температурасын өлшеу үшін кедергінің температурадан сызықты тәуелдігі қолданылады. Сымнан (қыздырушы ток) шамасы аз ток өтсе де, сымның температурасы құбырдың температурасынан айырмашылығы өте аз болады. Онда сымның кедергісі

,                                 (4)

мұндағы  − температура 0С кезіндегі кедергі.

 

 Сымнан токтың жұмыстық мәндері өткенде сым температурасына дейін қызады. Сымдағы кедергі мәні мынаған дейін артады

                  (5)

Этолондық резистордағы кедергі өзгермейді және тең, өйткені резистордағы температуратұрақты болып сақталады және ол сымды қоршаған ауаның температурасына тең. (5) теңдеуге (4)-ті пайдаланып төмендегі теңдеуді аламыз:

                                   (6)

Сымнанда этолондық резисторданда бір ғана ток өткендіктен қыздырушы ток үшін былай жазуға болады

        (7)

Мұндағы  . Сәйкесінше жұмыстық ток үшін,

мұндағы .

Сонда және мәндерін (6)-теңдеуге қойсақ мынаны аламыз:

. Бұдан температураның айырымы алынады

                                    (8)

Жоғарыдағы (7) және (4)-теңдеулерден  

.

(8)-теңдеуге мәнін қойсақ, нәтижесінде мынаны аламыз:

 (9)

 

Жұмыстың орындалу реті

1. Қондырғыны ток көзіне қоспас бұрын «Қыздыру (Нагрев)» блогындағы потенциометрдің тетігі сол жаққа келтірілгеніне көз жеткізіңіз.

2. Блогтағы «Қосу (Вкл)» «Желі(Сеть)» және «Қосу (Вкл)» «Қыздыру (Нагрев)» тумблерін қосыңыз.

3. тетігін басыңыз.

4. «Қыздыру (Нагрев)» блогындағы потенциометрдің тетігімен кернеудің мәнін 60мВ (қыздырушы ток) артық болмайтындай етіп қойыңыз. Кернеудің мәні жұмыс элементінде орналасқан сандық құралмен бақыланады, кестегемәнін толтырып жазыңыз.

5. пернесін басу арқылыкернеудің мәнін өлшеңіз. Алынған нәтижелерді кестеге толтырыңыз.

6. пернесін басыңыз. «Қыздыру (Нагрев)» блогындағы потенциометрдің тетігімен(300мВ-тан 1500МВ-қа дейін) кернеудің жұмыстық мәнін сандық құрал бойынша келтіріңіз.

7. Жылулық режим тұрақтанғанша аз уақыт күтіңіз. пернесін басыңыз. Сандық құралы арқылыкернеуін анықтаңыз. Алынған нәтижелерді кестеге толтырыңыз.

8. Сандық индикатор арқылы температураны анықтаңыз.

9. 6-8 пунктерді кернеудің басқа мәндері үшін қайталап орындаңыз.

10. (3) формула бойынша мәндерін анықтаңыз.

11. (9) формула бойынша сыммен құбырдың температура айырымын анықтаңыз. Есептеуде деп есептеңіз.

12. (2) формула бойынша  мәнін есептеңіз. Есептеуді сымның ұзындығын , сымның диаметрі , шыны құбырдың диаметрі деп аламыз.

13. Есептеу қателіктерін бағалаңыз.

  Кесте

№ изм.	Т1,^ОC	Up1, мВ	Uh1,  мВ	Up2,  мВ	Uh2,  мВ	q, мВт	,^ОC		,%

 

Бақылау сұрақтары:

1. Жылуөткізгіштік құбылысы қалай түсінідіріледі?

2. Газдардағы жылу өткізгіштік процессі қалай жүзеге асады?

3. Температура дегеніміз не? Термодинамикалық температураның шкаласының Халықаралық практикалық температуралар шкаласынан айырмашылығы неде?