Министерство образования и науки Российской Федерации
Комсомольский-на-Амуре государственный технический
университет
Кафедра «Машины и технология литейного производства»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Методические указания к лабораторной работе 1 по дисциплине «ТЕПЛОФИЗИКА»
Комсомольск-на-Амуре 2006
УДК 536.2.621.74
Исследование зависимости теплопроводности твердых тел от температуры: Методические указания к лабораторной работе 1 по дисциплине “ Теория тепловых процессов “ / Сост. Б.М. Соболев.- Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун.-т, 2006.- 17 с.
Приведена методика измерения теплопроводности, описано устройство прибора, изложена методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных.
Рекомендуются для студентов специальности 150101, 150106 дневной и заочной форм обучения.
Печатается по постановлению редакционно-издательского совета Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.
Согласовано со службой стандартизации.
Цель работы: определить температурную зависимость теплопроводности твердых, механически обрабатываемых материалов в режиме монотонного нагрева.
Оборудование и материалы: измеритель теплопроводности ИТ-l-400, весы лабораторные, штангенциркуль, образцы из меди, органического стекла, огнеупорных материалов, смазка марки ПФМС-4, графитовый порошок, алюминиевая пудра ГОСТ 5494-71Е, бензин ГОСТ 8505-80.
Теплопроводность материалов - перенос тепла, обусловленный наличием в материале градиента потенциала переноса. Под градиентом потенциала переноса чаще всего подразумевают градиент температуры, иногда - градиент концентрации компонентов и др. Наряду с конвекцией и излучением, теплопроводность является одним из способов передачи тепла. Теплопроводность в металлах объясняется движением и взаимодействием электронов зоны проводимости и условно представляется суммой электронной и решеточной теплопроводности материалов (l=lэл +lреш ). Электронная теплопроводность (которая обусловлена движением электронов) преобладает при высоких температурах и описывается уравнением lэл /sT=(p 2/3) (k / e)2, где s - электропроводность; Т- абсолютная температура; k - постоянная Больцмана; е - заряд электрона. Решеточная теплопроводность (обусловленная коллективными колебаниями атомов кристаллической решетки) описывается уравнением lреш=1/3 сv rvl, где сv - теплоемкость при постоянном объеме; r - плотность материала; v- средняя скорость распространения фононов (квантов поля колебаний кристаллической решетки); l - средняя длина пробега фононов. В металлах суммарная теплопроводность при низких температурах увеличивается с ростом температуры, а при высоких убывает, асимптотически приближаясь к некоторому постоянному значению, равному электронной теплопроводности. Такая закономерность объясняется уменьшением решеточной теплопроводности материалов с ростом температуры (lреш = const/ T), поскольку сv при высоких температурах постоянна, rи v зависят от температуры незначительно, а l ~ 1/Т. При Т ® 0 рассеяние на фононах мало, поэтому lэл~sT. Если температура выше дебаевской, lэл® const. (рисунок 1, кривая 1). Теплопроводность электроизоляционных материалов при Т ® 0 стремится к нулю (как и теплопроводность металлов). С возрастанием температуры теплопроводность материалов растет пропорционально Т 3 (ибо так изменяется теплоемкость). Если Т < qD /20 (qD- дебаевская температура), составляющая фононной теплопроводности материалов сказывается на изменении суммарной теплопроводности незначительно, поскольку длина свободного пробега фононов становится постоянной величиной, равной размеру кристалла. С дальнейшим повышением температуры в интервале (qD /20) < Т < qD величина свободного пробега фононов резко убывает, в результате чего теплопроводность материалов уменьшается. Если Т > qD , теплопроводность материалов обратно пропорциональна температуре (рисунок1, кривая 2).
|
|
|
|
Рис. 1 - Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры:
1 — металлов; 2 — диэлектриков.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
