К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18)


НазваниеК. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18)
страница6/8
Дата публикации27.05.2013
Размер0.69 Mb.
ТипМетодические указания
userdocs.ru > Математика > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8

4.4 Методика проведения работы, описание и принцип работы прибора ИТ – с – 400.
Измеритель теплоемкости ИТ – с – 400 предназначен для исследования температурной зависимости удельной теплоемкости твердых тел, сыпучих, волокнистых материалов, жидкостей. Он рассчитан на проведение массовых теплофизических исследований в лабораторных и заводских условиях.

Ячейки измерительной (рисунок 4.2) является важнейшей частью блока измерительного и состоит из корпуса 6, разъемной оболочки теплоизоляционной 8 и металлического ядра (детали 1, 2, 4, 10, 11). Блок питания и регулирования обеспечивает нагрев ядра ячейки измерительной (рисунок 4.2) с заданной скоростью – 0,1 К/с и автоматическое регулирование температуры. Скорость разогрева определяется величиной начального напряжения на нагревателе и скоростью его изменения. Обе эти величины строго фиксированы. Для определения теплоемкости в эксперименте в процессе непрерывного разогрева на фиксированных уровнях температуры используется прибор микровольт амперметр Ø136. Он используется как нуль – прибор в потенциометре. Прибор Ø136 рассчитан на определенные значения термо – эдс, соответствующие фиксированным уровням температур от минус 125 до плюс 400°С через 25°С.

Для регулирования работы в нагревателе и температурных измерений в приборе (в ампуле 2 и колпаке 4) используются хромель – алюмелевые термопары 12 с диаметром электродов 0,2 мм.

Переключатель термопар измерительного блока имеет три положения , УСТ.О. В положениях измеряется температура основания 10 и испытуемого образца 9. В положении УСТ.О проверяется механический нуль прибора Ø136. В эксперименте в процессе непрерывного разогрева на различных уровнях температуры (через 25°С) с помощью прибора Ø136 и секундомера измеряется временное запаздывание температуры ампулы по отношению к температуре основания.

Испытуемый образец 9 помещается в ампулу 2, которая закрывается крышкой 3. Отпускается верхняя половина корпуса измерительной ячейки. Подается напряжение на нагреватель 7, и ядро измерительной ячейки начинает, плавно, монотонно разогреваться до верхней, предельной для каждого образца 9, температуры. Во время разогрева с помощью нагревателя 11, расположенного в охранном колпаке 4, поддерживаются адиабатические условия (нулевая разность температур) между ампулой 2 и охранным колпаком 4. Тепломер 1 смонтирован в медном основании 10. Рабочим слоем тепломера является кольцо 1 из нержавеющей стали 12Х18Н9Т. Основание, кольцо 1 и ампула 2 спаяны друг с другом серебряным припоем.

Измерение удельной теплоемкости производится на образцах диаметром 15±0,1 мм и высотой 10±0,5 мм.

Для улучшения теплового контакта образцов используется смазка ПØМС – 4 ТУ6 – 02 – 917 – 74. Для образцов, впитывающих смазку, используется графитовый порошок (ГОСТ 8295 – 73) или алюминиевая пудра (ГОСТ 5494 – 71Е). В случае изменения смазки или начала температурного диапазона необходима новая градуировка с измененными условиями.
1 – образец испытуемый; 2 – ампула; 3 – тепломер; 4 – оболочка адиабатическая; 5 – основание; 6 – крышка.

Рисунок 4.1– Тепловая схема метода динамического с – калориметра.



1 – тепломер; 2 – ампула; 3 – крышка; 4 – колпак охранный (адиабатическая оболочка); 5 – патрубок; 6 – корпус; 7 – спираль нагревателей; 8 – оболочка теплоизоляционная; 9 – образец испытуемый; 10 – основание; 11 – блок нагревателей; 12 – термопары.

Рисунок 4.2 – Схема измерительной ячейки.
^ 4.5 Порядок проведения работы и обработка результатов эксперимента
1) Переводить переключатель “СЕТЬ” и “НАГРЕВ” в положение “ВЫКЛ”.

2) Подключить блок питания и регулирования прибора Ø136 к сети 220 В, 50 Гц.

3) Установить переключатель “ИЗМЕРЕНИЕ” в положение “УСТ.О” и переключатель “ТЕМПЕРАТУРА” – в положение 25°С.

4) Замкнуть входные штеккерны прибора Ø136 и произвести коррекцию нуля.

5) Взвесить испытуемый образец с точностью ±0,001 г и занести полученное значение в таблицу 4.1.

6) Поднимать верхнюю часть ячейки измерительной.

7) Протереть бензином и нанести тонкий слой смазки ПØМС – 4 на контактные поверхности образцов, ампулы и крышки.

8) В ампулу 2 установить испытуемый образец 9 и закрыть ампулу крышкой 3.

9) Отпустить верхнюю часть ячейки измерительной.

10) Включить блок питания и регулирования, нажав кнопку “СЕТЬ”

11) Выведить по вольтметру блока питания и регулирования напряжения до нуля.

12) Установить переключатель “ИЗМЕРЕНИЕ” в положение .

13) Включить кнопку “НАГРЕВ”, основной нагреватель и установить по вольтметру блока и регулирования начальное напряжение 40±2 В при работе от плюса 25°С.

14) Включить секундомер при достижении температуры плюс 25°С (при положении светового указателя прибора Ø136 через нуль шкалы) и переводить переключатель “ИЗМЕРЕНИЕ” в положение . Выключить секундомер при прохождении светового указателя через нуль шкалы.

15) Записать показания секундомера в графу “” таблицы,4.1

16) Повторить измерение при всех значениях температур, указанных в таблице 4.1.

17)Выключить нагреватель при достижении желаемого уровня температуры или предельной температуры разогрева образца.

18) Заретируйте прибор Ø136 (полностью отключить прибор Ø136).

19) Установить переключатель “ИЗМЕРЕНИЕ” в положение “УСТ.О”.

20) Выключить блок питания и регулирования.

21) Поднимать верхнюю часть корпуса ячейки измерительной.

22) Охладить ячейку измерительной.

^ 23) Проводить расчет удельной массовой теплоемкости по формуле (4.14).

24) Построить зависимость удельной массовой теплоемкости испытуемого образца .

25) Максимальная относительная погрешность измерения удельной теплоемкости , оценивается по формуле

100%, (4.15)

где - абсолютная погрешность тепловой проводимости тепломера (); - абсолютная погрешность время запаздывания температуры на тепломере в эксперименте с эталонным образцом, соответствующая половине деления шкалы секундомера, с; - абсолютная погрешность время запаздывания температуры на тепломере в эксперименте с пустой ампулой, с () или соответствующая половине деления шкалы секундомера; абсолютная погрешность измерения массы испытуемого образца (определяется классом точности прибора г). Общий предел допускаемой погрешности определения .

Результаты измерений и обработки результатов эксперимента заносят в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Результаты измерений и обработки результатов эксперимента

Испытуемый образец

Масса испытуемого образца , кг

,°С

, с

, с

, Вт/К

, Дж/(кгК)

25




12,4

0,483




50




12,4

0,501




75




12,3

0,513




100




11,9

0,532




125




11,5

0,541




150




11,0

0,552





Литература: 1.

^ Контрольные вопросы:
1) Что называется теплоемкостью?

2) Что такое полная и удельная теплоемкость?

3) Виды удельных теплоемкостей и связь между ними?

4) В каких единицах выражаются теплоемкости?

5) Какие факторы влияют на теплоемкость?

6) В чем сущность метода динамического с – калориметра?

7) Что такое время запаздывания температуры на тепломере и метод ее определения?

8) Что такое время запаздывания температуры на тепломере и метод определения?

9) Что такое тепловая проводимость тепломера и метод ее определения?

10) Напишите первый закон термодинамики в дифференциальном и интегральном видах?

11) Что такое истинная и средняя теплоемкость?

12) Написать уравнение количество теплоты через теплоемкость?

13) Почему теплоемкость газа при постоянном давлении всегда больше теплоемкости при постоянном объеме ?


^ 5.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. ИЗМЕРЕНИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
5.1 Цель работы
Цель работы – экспериментальное исследование определение температурной зависимости теплопроводность твердых механически обработанных материалов в режиме монотонного нагрева, ознакомление с методикой исследования и получение навыков в проведении эксперимента.
5.2 Задание
1) Ознакомиться с раборой прибора “Измеритель теплопроводимости ИТ – λ – 400”

2) Определить температурную зависимость коэффицента теплопроводности λ твердого механически обработанного материала в пределах интервала температуры от 25°С до 150°С.

3) Обработать результаты эксперимента.

4) Определить погрешность эксперимента по формуле (5.17)

5) Построить график зависимости коэффициента теплопроводности испытуемого образца λ от средней температуры , т.е. .

6) Составить и защитить отчет по выполненной работе.
^ 5.3 Краткие теоретические сведения
Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(мК)) является физическим параметром, характеризующим способность тела проводить теплоту или интенсивность переноса теплопроводности в веществе и в общем случае зависит от температуры, количества подводимого или отводимого теплоты, давления, пористости, влажности и рода вещества. Численно он равен плотности теплового потока q (Вт/м2) при единичном температурном градиенте

Вт/(мК) (5.1)

Значения коэффициента теплопроводности вещества необходимо для аналитического описания процесса теплопроводности в нем.

Для измерения теплопроводности в измерителе теплопроводности использован метод динамического λ – калориметра, теоретическое обоснование которого подробно изложено в [9].

На рисунке 5.1 показана тепловая схема метода динамического - калориметра. Испытуемый образец 4, пластина контактная 3 и стержень 5 монотонно разогреваются тепловым потоком Q (τ), поступающим от основания 1. Боковые поверхности стержня 5, образца4, пластины 2 и 3 адиабатически изолированы. Стержень 5 и контактная пластина 3 изготовлены из меди, обладающей высокой теплопроводностью, поэтому перепады температур на них незначительны.

Тепловой поток Q (τ),проходящий через пластину 2, частично поглощается ее и далее идет на разогрев пластины 3, испытуемого образца 4 и стержня5. Размеры системы выбрали таким образом, чтобы потоки, аккумулируемые испытуемым образцом и пластиной, были по крайне мере в 5 … 10 раз меньше поглощаемых стержнем. В этом случае температурное поле образца 4 и пластины 2 оказывается близким к линейному и стационарному.

Тепловые потоки, проходящие через испытуемый образец 4 и поглощаемые стержнем 5 Qо(τ), и среднее сечение пластины (тепломера) Qт (τ) определяются по формулам:

, Вт (5.2)

, Вт (5.3)

где ϴ0 – перепад температуры на испытуемого образца 4, К; Fо – площадь поперечного сечения образца, м2; R – тепловое сопротивление между стержнем 5 и контактной пластиной 3, м2К/Вт; Со- полная теплоемкость образца 4, Дж/К; Сс – полная теплоемкость стержня 5, Дж/К; в- скорость разогрева измерительной ячейки, К/с; Кт*- коэффициент пропорциональности, характеризующий тепловую проводимость пластины (тепломера) 2, Вт/К; ϴт – перепад температуры на пластине тепломера 2, К; Ст – полная теплоемкость пластины тепломера 2, Дж/К; Сп – полная теплоемкость контактной пластины 3,Дж/К.

Тепловое (термическое) сопротивление между стержнем 5 и контактной пластиной 3 определяются по формуле R=Ro+Rк , (5.4) где Ro- тепловое сопротивление образца, м2К/Вт; Rк – поправка, учитывающая тепловое сопротивление контакта, неидентичность и тепловое сопротивление заделки термопар, м2К/Вт.

Тепловое сопротивление образца определяется по формуле Ro= , (5.5) где h- высота исследуемого образца, м; λ - коэффициент теплопроводности образца, Вт/(мК).

На основании формулы (5.2), (5.3), (5.4), (5.5) получены рабочие расчетные формулы для теплового сопротивления образца и его теплопроводности:

Ro= - Rк, (5.6) где с – поправка, учитывающая теплоемкость образца

с = , (5.7) здесь Со=С(t) · mо, (5.8) Ссм(t) · mс, (5.9) здесь Со(t), См(t) – ориентирововочное значение удельной теплоемкости образца и удельная теплоемкость меди, Дж/(кг·К); mо, mс – масса образца и стержня, кг. Значения См(t) и Со(t), даны в таблице 5.2.

Коэффициент теплопроводности образца равен из (6.5)

λ= · (5.10)

Вычисление значения λ образца следует относить к средней температуре образца , которая определяется по формуле

=tc(o)+0,5 ·At·По. (5.11) где tc(o) – температура, при которой проводилось измерение теплопроводности, оС;At - чувствительность термопары хромель-алюмель, К/мВ (таблица 5.2); По- перепад температуры на образце, мВ (таблица 5.3).

Параметры Кт и Rк не зависят от свойств испытуемого образца, является «постоянным» измерителя. Значение Rк обычно дается для материалов С λ = 2 … 5 Вт/(м·К) и не превышает (10…20%) теплового сопротивления образца Ro. Для определения Кт и Rк производят градуировку измерителя с образцовой мерой из кварцевого стекла марки КВ (ГОСТ 15130-86) и образцом из меди М1 (ГОСТ 859-78), и показания записывают в таблицу 5.3.

Для определения теплопроводности испытуемого образца в эксперименте необходимо на различных уровнях температуры измерять перепады температуры на тепломере т и образца о в микровольтах, мкВ, Пт и По (таблица 5.3). Значение термо – эдс(мкВ) необходимо перевести в мВ и температуру Кельвина (мкВ·10-3 = мВ – таблица 5.3).


Тогда

т= At· Пт, К и о=At· По, К, (5.12) где Пт , По – перепады температуры на пластине тепломера 2 и образце 4, мВ.

Градуировка измерителя теплопроводности заключается в экспериментальном определении тепловой проводимости тепломера Кт и поправки Rк, которая учитывает контактное сопротивление образца – заделки термопар, динамические погрешности и неидентичность градуировки термопар. При определении Кт проводит пять эксперимента, в которых в качестве образца используют образцовую меру теплопроводности из плавленого кварца марки КВ ГОСТ 15130-86. Экспериментальные данные заносятся в таблицу 5.3 с учетом таблицы 5.2. Расчет Кт проводится без учета поправки Rк по формуле

Кт = · · F (1+с), (5.13) где По- перепад температуры на образце в микровольтах, мкВ; Пt – перепад температуры на рабочем слое термопара в микровольтах, мкВ.

При определении теплового сопротивления Rк проводят серию экспериментов с образцом из меди М1 (ГОСТ 859-78) (диаметр образца 15мм, высота – 5мм).

Экспериментальные данные заносят в таблицу 5.3. Расчет Rк проводят по формуле

Rк = · · (1+с) - , (5.14) где м- теплопроводность медного образца, Вт/(м·К); м - высота медного образца (м=5 · 10-3, м),м.

Значения теплопроводности м в зависимости от температуры приведены в таблице 5.2.

Приводят уточненный расчет Кт с учетом среднего значения Rк по формуле

Кт = · F (1-к+с), (5.15) где кв – теплопроводность кварцевого стекла марки КВ, Вт/(м·К) (приведены в таблице 5.2). кв – высота образца из кварцевого стекла марки КВ (кв=4м),м; F – площадь поперечного сечения образца из кварцевого стекла марки КВ, м2; с – поправка, учитывающая теплоемкость образца из кварца марки КВ; к- поправка, учитывающая тепловое сопротивление Rк.

к= Rк· · (5.16)

Среднее из вычисленных значений Кт используют при дальнейшей работе.

Погрешности определения Кт и Rк являются случайными. Величина их зависит от квалификации и опыта экспериментатора и не должна превышать соответственно 5 и 10%.
1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconК. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники...
Методические указания предназначены для студентов специальностей 050724, 050729, 050708. Они могут быть использованы студентами других...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам предназначены для студентов...
Теория электрических цепей Методические указания к лабораторным работам для студентов специальностей 5В071900, 5В070400, 5В070300,...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу «информационные системы в экономике»
Методические указания к лабораторным работам по курсу «информационные системы в экономике» для студентов специальности 080105. 65...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам «Основы метрологии и...
Методичні вказівки до лабораторних робіт «Основи метрології та вимірювальної техніки» для студентів електротехнічних спеціальностей...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconПоппер К. Открытое общество и его враги. Т. 1: Чары Платона. Пер...
Первое издание — 1945. Второе издание (переработанное) — 1952. Третье издание (переработанное) — 1957. Четвертое издание (переработанное)...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам по изучению операционной...
Методические указания рекомендуется использовать для проведения лабораторного практикума в объеме 4 – 6 работ
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам и самостоятельным по...
«Информатика» и к учебной практике «Вычислительная техника» для студентов всех специальностей
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к индивидуальному домашнему заданию по курсу...
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей: 14050265 «Котло-и реакторостроение», 14010165...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания по курсу «Математика» для студентов
В данной работе приводятся тексты контрольных задач, соответствующих программе и методические указания по их выполнению. Издание...
К. Т. Тулеуов, С. А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники методические указания к лабораторным работам (для студентов специальностей 050724, 050729, 050708) Издание третье, переработанное а лматы 2010 удк 621. 536. 016(18) iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине "Информационные...
Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница