Файл: molfizБІО2011кін_вар.pdf

Контрольні питання

1.Основні поняття теплопередачі: кількість теплоти, тепловий потік, перепад і градієнт температури стінки та її повний термічний опір.

2.Типи теплопередачі: теплопровідність, теплове випромінювання, конвективний теплообмін та їх фізична суть.

3.Явища переносу в газах: теплопровідність, в'язкість, дифузія. Закони Фур'є, Ньютона та Фіка для явищ переносу. Фізична суть коефіцієнтів переносу, зв'язок між ними та одиниці вимірювання.

4.Рівняння Фур'є для плоскої одношарової стінки. Розподіл температур за товщиною стінки. Термічний опір стінки. Багатошарова теплопровідна стінка, розподіл температур за товщиною плоскої багатошарової стінки

5.Конвективний теплообмін. Закон Ньютона-Ріхмана.

Таблиця 2.3.1.

Результати експерименту та їх обробки

30

Лабораторна робота 2.4 Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл

з низькою теплопровідністю

Прилади та матеріали: установка для визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалів з низькою теплопровідністю, термопари, гальванометр, еталонний та досліджувані зразки, штангенциркуль, мікрометр, регулятор напруги.

Мета роботи: визначити коефіцієнт теплопровідності матеріалів з низькою теплопровідністю.

Принцип роботи установки

(теоретичні відомості див. с. 21–27)

Для вимірювання коефіцієнта теплопровідності речовин з низькою теплопровідністю зручно застосовувати метод порівняння градієнтів температур. Зразки еталонного та досліджуваного матеріалу розміщують між трьома алюмінієвими шайбами діаметром ~5 см і товщиною ~10–15 мм (рис.2.3.6). Еталонним зразком служить диск із органічного скла, досліджувані зразки–диски із різноманітних матеріалів з низькою теплопровідністю (картон, гетинакс, текстоліт і т. д.). Вимірювальна комірка складається з системи алюмінієвих дисків з термопарами, між якими розміщено зразки матеріалів з відомою та невідомою теплопровідністю. Вона розміщена між нагрівником 4 та холодильником 3. Для зменшення втрат тепла в навколишнє середовище комірка покрита шаром теплоізолятора. Нагрівачем служить спіраль електроплитки, а холодильником – металева циліндрична посудина, заповнена сумішшю води з льодом. Завдяки цьому в холодильнику підтримується постійна температура Т = 273 К (t = 0°C). На системі зразків нагрівник і холодильник утворюють певну різницю температур. Процес передачі теплоти переходить у стаціонарний режим через 10-15 хв. роботи установки. Оскільки коефіцієнти теплопровідності зразків значно менші ніж коефіцієнт теплопровідності металу (алюміній), то градієнт температури на кожній з металевих шайб буде на кілька порядків меншим, ніж на зразках. Можна вважати, що кожна металева шайба має по всій довжині практично сталу температуру. Отже, температура верхньої металевої шайби та верхнього шару досліджуваного зразка – Т2, температура середньої шайби та нижньої частини еталонного зразка

– Т1. З досить високою точністю дану систему шайб можна роз-

31

глядати як двошарову плоску стінку, теплопровідність якої описується рівняннями (2.3.26, 2.3.27). У досліді достатньо виміряти перепади температури між нижньою та верхньою поверхнями досліджуваного зразка Т2 = Т2 – Т та між нижньою та верхньою поверхнями еталонного зразка Т1 = Т – Т1. Датчиками температури служать дві диференційні термопари ХК, які почергово підключаються до гальванометра. Очевидно, що електрорушійна

де –коефіцієнт термо – е.р.с. термопари. Також очевидно, що

де n– відхилення зайчика гальванометра, – ціна поділки гальванометра

32

Із рівнянь (26, 27, 37), враховуючи, що 1 , 2 e , l1 l , l2 l e випливає :

де , e – відповідно коефіцієнти теплопровідності досліджуваного та еталонного зразків, l,le – їх товщини.

Порядок виконання роботи та обробка результатів експерименту

1.Виміряти та записати в таблицю 1 товщини досліджуваного

йеталонного зразків

2.Зібрати установку (рис. 6). Помістити на нижню шайбу, яка знаходиться на холодильнику, еталонний зразок, після чого на нього поставити: середню шайбу, досліджуваний зразок, верхню шайбу з нагрівником. Закріпити термопари та теплоізолювати вимірювальну комірку.

3.Заповнитихолодильник установкисумішшю води зльодом. Увімкнути нагрівник. Після стабілізації температури записати покази приладів.

4.Дослід провести для трьох різних значень потужності нагрівача.

5.Розрахувати коефіцієнт теплопровідності досліджуваного

матеріалу за формулами (21, 40).Оцінити похибки . Дані занести в таблицю 2.

Таблиця 2

Результати експерименту та його обробки

Тип досліджуваного зразка _____________________

33

Контрольні питання

1. Основні поняття теплопередачі: кількість теплоти, тепловий потік, перепад, градієнт температури стінки та її повний термічний опір.

2.Типи теплопередачі: теплопровідність, теплове випромінювання, конвективний теплообмін та їх фізична суть.

3.Явища переносу в газах: теплопровідність, в'язкість, дифузія. Закони Фур'є, Ньютона та Фіка. Фізична суть коефіцієнтів переносу, зв'язок між ними й одиниці вимірювання.

4.Рівняння Фур'є для плоскої одношарової стінки. Розподіл температур за товщиною стінки. Термічний опір стінки. Багатоша-

рова теплопровідна стінка, розподіл температур за товщиною плоскої багатошарової стінки.

5. Конвективний теплообмін. Закон Ньютона-Ріхмана.

Література: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 13]

34

Лабораторна робота 2 – 5.

Вивчення термодинамічних процесів з ідеальними газами та експериментальне визначення показника адіабати повітря.

Мети роботи: Теоретичне вивчення термодинамічних процесів з ідеальними газами та експериментальне визначення показника адіабати повітря.

Прилади та матеріали: прилад Клемана-Дезорма, манометр, насос.

Теоретичні відомості

Стан ідеального газу визначається для даної маси газу трьома параметрами стану: тиском Р , об'ємом V, температурою T. Рівняння, що пов’язує ці параметри, називається рівнянням стану газу.

Рівняння стану ідеального газу у загальному вигляді можна

Рівняння стану ідеального газу легко отримати із основного рівняння молекулярно - кінетичної теорії ідеального газу. Запишемо основне рівняння молекулярно - кінетичної теорії газів у