В ячейке создаются такие условия, при которых теплообмен между металлическим (изотермическим) ядром 3 и металлическим (изотермическим) блоком 1 происходит практически только через исследуемый образец 2. Габариты и форма образца всегда подбираются так, чтобы его теплоемкость оставалась пренебрежимо малой в сравнении с теплоемкостью ядра. На схеме изображен образец в форме диска, но ему можно придать форму цилиндрической трубки, замкнутого слоя т. д. Блок выполняет функции внешней изотермической среды, которая обладает высокой тепловой активностью и обеспечивает хороший тепловой контакт с наружной поверхностью образца.
Бикалориметры называют регулярными, если их блок (т. е. фактически внешняя среда) сохраняет в опытах постоянную температуру (Тс= const). Их обычно используют при измерениях с малыми перепадами температуры между ядром и блоком, т. е. практически при фиксированной температуре (чаще всего комнатной), и при расчетах опираются на закономерности регулярного теплового режима [ ]. Динамическими называют такие бикалориметры, у которых температура блока в опыте монотонно изменяется. Их применяют, чтобы иметь возможность в одном опыте исследовать теплопроводность образцов как функцию температуры. Промежуточную группу образуют бикалориметры с термостатированным блоком, когда они используются при больших температурных перепадах на образце. Такие бикалориметры предназначаются для определения эффективной (усредненной в широком температурном диапазоне) теплопроводности образцов.
Конкретное конструктивное оформление ячейки бикалориметра во многом зависит от механических характеристик исследуемых материалов. Эффективные теплоизоляторы, порошки, жидкости и газы проще всего исследовать, если ядро имеет форму цилиндра и симметрично размещено в цилиндрическом гнезде блока, а в тонком зазоре между ними помещается исследуемый материал. Образцам из твердых материалов проще всего придавать форму тонких дисков и помещать их в ячейку так, как показано на рис. 7.1.1, а остальную часть зазора заполнять эффективным теплоизоляционным веществом, в частности воздухом или воздушно-пористым полимером.
Направленный теплообмен между ядром и блоком возникает, если различаются их температуры. В бикалориметрах регулярного режима такую ситуацию создают, помещая в блок предварительно подогретое или охлажденное ядро. В динамических калориметрах перепад температуры между ядром и блоком создают, плавно повышая или понижая температуру блока. При этом температура блока в процессе опыта может принудительно изменяться в широких пределах, а температурный перепад в образце остается относительно небольшим, что , собственно и позволяет в одном опыте измерять теплопроводность образцов как функцию температуры..
7.2. Содержание и этапы работы.
В данной лабораторной работе предлагается воспользоваться методом бикалориметра для определения тепловой проводимости и эффективной теплопроводности цилиндрической трубки (оболочки), выполненной из пенопласта.
Функции блока в бикалориметре поочередно выполняет кипящий азот или массивный стакан из дюраля. Функции ядра выполняет ампула с размещенным в ней стержнем (изготовлен из меди). Надетая на металлическую ампулу пенопластовая трубка (оболочка) является исследуемым образцом.
Схема тепловой ячейки бикалориметра, использованной в работе, показана на рис. 7.2.1.
 |
Рис. 7.2.1. Схема тепловой ячейки бикалориметра.
1 – тепловая изоляция ячейки; 2 – сосуд с жидким азотом или водой;
3 – пластмассовая ампула (образец); 4, 5 – температурные датчики (термопары);
6 – металлический стержень с известной теплоемкостью.
Опыт № 1. Исследуется процесс охлаждения медного образца (его теплоемкость хорошо изучена), защищенного теплозащитной оболочкой, в среде кипящего азота.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.