Определение тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима: Методические указания к лабораторной работе, страница 2

Для t₁ <t <¥начальные условия не влияют на распределение температур в теле. При этом темп нагревания (охлаждения) для любой точки в теле одинаков. Следовательно, темп нагревания (охлаждения) численно равен тангенсу угла наклона прямой 1 – 2 к оси абсцисс и рассчитывается по формуле:

.                                               (3.8)

Теория регулярного режима, разработанная Г.М. Кондратьевым, позволяет по темпу нагревания (охлаждения) определять теплофизические свойства тел (температуропроводность, теплопроводность, теплоёмкость), а также коэффициент теплоотдачи (α).

Условия теплообмена тела с окружающей средой определяет число Био ():

,                                                (3.9)

где – коэффициент теплоотдачи между поверхностью тела и окружающей средой;

 – коэффициент теплопроводности материала образца;

 – характерный размер образца.

При малых значениях числа (В_i)  темп охлаждения (m) оказывается пропорциональным коэффициенту теплоотдачи (α) и обратно пропорционален теплоемкости образца (С):

,                                             (3.10)

где  – площадь поверхности тела.

При интенсивном теплообмене с окружающей средой В_i<¥ темп нагревания (охлаждения) прямо пропорционален коэффициенту температуропроводности (а) и обратно пропорционален коэффициенту формы тела (К):

.                                             (3.11)

Для цилиндрического образца конечных размеров коэффициент формы рассчитывается по формуле:

  [м²]                               (3.12)

где  – радиус цилиндрического образца;

       h – высота цилиндрического образца.

4 СХЕМА УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки для определения тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2

1 – корпус термостата с изоляцией         8 – спаи  термопар

2 – жидкость термостатирующая            9 – термометр  контактный

3 – стакан                                                 10 – термометр  лабораторный

4 – образец медный                                11 – нагреватель

5 – ампула стальная                               12 – мешалка

6 – вещество исследуемое                      13 – блок управления

7 – пробирка                                            14 – вольтметр цифровой В7 – 38

5 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

5.1 Лабораторная установка состоит из лабораторного модуля (ЛМ) и двух цифровых вольтметров В7 – 38.

5.2 В верхней части передней панели ЛМ (рис.1 Приложение) расположен крепежный винт (поз.1), табличка с названием лабораторной работы (поз.2), светодиод (поз.3) и тумблер включения в сеть «ВКЛ» (поз.4).

5.3 В средней части передней панели ЛМ расположены две пары гнезд. Верхняя «» (поз.5) предназначена для соединения с цифровым вольтметром В7 – 38, который фиксирует избыточную температуру медного образца (поз.8), нижняя «» (поз.6) – для соединения с цифровым вольтметром В7 – 38, который показывает избыточную температуру стальной ампулы (поз.7).

5.4 Рабочим участком ЛМ является жидкостный термостат (поз.11), в который помещены два металлических стакана с крышками, реализующих воздушную ванну с постоянной температурой воздуха, близкой к температуре жидкости в термостате.

Вода в термостате интенсивно перемешивается мешалкой.

Необходимая температура в опытах обеспечивается электрическим нагревателем термостата и поддерживается на постоянном уровне с помощью контактного термостата (поз.12) и блока автоматики, а измеряется температура лабораторным ртутным термометром (поз.13).

5.5 В данной лабораторной работе используются калориметры цилиндрической формы, это стальная ампула (поз.7) с исследуемым материалом и медный образец (поз.8), форма и размеры калориметров одинаковы. В каждом калориметре в среднем сечении по оси установлена хромель-копелевая термопара для измерения температуры. Горячие спаи термопар находятся в термостате.