Явления теплообмена, измерение теплоёмкости различных металлов методом динамического охлаждения образцов.

Определение удельной теплоёмкости металлов.

Отчёт по лабораторной работе №2.5.1

Группа 534.2. Второй семестр, апрель

Преподаватель:

Цель всей работы. Познакомиться с явлениями теплообмена, измерить теплоёмкости различных металлов методом динамического охлаждения образцов.

Задание №1.

1.Цель. Измерить теплоёмкость стали.

2.Идея метода измерения. Когда образец остывает, его скорость теплопередачи пропорциональна только его площади и разности температур между образцом и атмосферой. С другой стороны, скорость остывания пропорциональна массе и удельной теплоёмкости тела. Без учёта теплопередачи излучением уравнение теплового баланса будет выглядеть так:

где q-тепловой поток с поверхности образца. Измеряя скорость остывания при определённых температурах, можно определить теплоёмкость, замерив их массы.Чтобы найти тепловой поток нужно знать теплоемкость эталонного образца. Полагая, что формы и оптические свойства поверхностей исследуемого и эталонного образцов одинаковы можно сделать вывод, что при одинаковых температурах q = qэ, поэтому теплоемкость исследуемого образца можно вычислить по формуле:

3.Методика измерений. Зачищаем образец от окалины для того, чтобы окалина не влияла на теплопередачу образца. Затем замеряем массу образца. Греем образец до 500 градусов Цельсия. Вынимаем его и ставим на термопару. В качестве эталонного образца используется образец меди, теплоемкость которого можно взять в таблице. То же самое проделываем с эталонным образцом. Далее вычисляем теплоёмкость образца. Зависимость температуры образца меди от времени приведена на рис. 1. Чтобы  погрешность, возникающую из-за пренебрежениия теплопередачи излучением, сделать очень малой, нужно экранировать образцы – накрыть их хорошо отражающим материалом (баночками из алюминиевой фольги).

4.Результаты.

5.Погрешности измерений. Основные погрешности измерений связаны с ошибками в измерении массы образцов, предположением однородности температурного поля в образце, погрешностями термопары. Погрешность в измерении теплоемкости составляет 5%.

6.Обсуждение результатов. Расхождение с табличными данными составляет примерно 10%. Возможно, это объясняется тем, что измерения проводились при разных давлениях, наличием в нашем помещении дополнительных источников тепла (близость печки), воздушных потоков. Вопреки обычному росту теплоёмкости от температуры, на графике наблюдаются незначительные отклонения. Может быть, это связано со сбоем в работе аппаратуры и флуктуациями внешних параметров, то есть эти отклонения скорее случайные, чем систематические.

7.Вывод. В процессе исследования была измерена теплоёмкость стали при разных температурах. Способ измерения методом динамического охлаждения образцов является довольно точным.

Задание №2.

1. Цель. Определение удельной теплоёмкости латуни.

2. Идея метода измерения. Когда образец остывает, его скорость теплопередачи пропорциональна только его площади и разности температур между образцом и атмосферой. С другой стороны, скорость остывания пропорциональна массе и удельной теплоёмкости тела. Без учёта теплопередачи излучением уравнение теплового баланса будет выглядеть так:

где q-тепловой поток с поверхности образца. Измеряя скорость остывания при определённых температурах, можно определить теплоёмкость, замерив их массы.Чтобы найти тепловой поток нужно знать теплоемкость эталонного образца. Полагая, что формы и оптические свойства поверхностей исследуемого и эталонного образцов одинаковы можно сделать вывод, что при одинаковых температурах q = qэ, поэтому теплоемкость исследуемого образца можно вычислить по формуле:

3.Методика измерений. Зачищаем образец от окалины для того, чтобы окалина не влияла на теплопередачу образца. Затем замеряем массу образца. Греем образец до 500 градусов Цельсия. Вынимаем его и ставим на термопару. В качестве эталонного образца используется образец меди, теплоемкость которого можно взять в таблице. То же самое проделываем с эталонным образцом. Далее вычисляем теплоёмкость образца. Зависимость температуры образца меди от времени приведена на рис. 1.Чтобы  погрешность, возникающую из-за пренебрежениия теплопередачи излучением, сделать пренебрежимо малой, нужно экранировать образцы – накрыть их хорошо отражающим материалом(баночками из алюминиевой фольги).