- •Розділ 1. Визначення теплопровідності речовин
- •Передача теплоти теплопровідністю
- •Величини та закономірності зміни коефіцієнтів теплопровідності газів, рідин і твердих тіл
- •Методи дослідження теплопровідності
- •Установка плоского шару для визначення коефіцієнта λ стрижнів при низьких температурах
- •Установка а-калориметр
- •Установка λ – калориметр
- •Визначення теплопровідності за допомогою регулярного режиму 2-го роду
- •Особливості дослідження теплопровідності рідин і газів
- •Визначення теплопровідності газів за методом нагрітої нитки
Визначення теплопровідності за допомогою регулярного режиму 2-го роду
Цей метод передбачає лінійну зміну температури зразка в часі, тобто
- швидкість нагріву чи охолодження зразка.
При регулярному режимі 2-го роду швидкість зміни температури усіх точок однакова. Якщо забезпечити, то можна буде розрахувати значення коефіцієнта температуропровідності:
- пів товщина зразка;
- відстань від внутрішньої термопари до осі зразка;
- коефіцієнт форми.
Недолік цього методу - дуже складно підтримувати лінійність розігріву цього зразка.
Ідея динамічного методу полягає в тому, що можна пов'язати теплофізичні властивості із величиною відставання температури однієї точки тіла від температури іншої точки при його монотонному нагріванні.
Особливості дослідження теплопровідності рідин і газів
Врахування конвекції
За наявності градієнта температури в шарі рідини чи газу обов'язково з'являться конвективні струми, і при цьому буде існувати конвективний теплообмін, тобто буде існувати як передача теплоти теплопровідністю, так і за рахунок конвекції. Тому при дослідженні рідин і газів прагнуть того, щоб товщина шару була, по-можливості, менше. На практиці для того щоб забезпечити сталість товщини шару, його товщина не може бути менше 2-5 мм. А вцілому при конструюванні установки добиваються виконання залежності Якщо такі умови забезпечуються, то впливом конвективного теплообміну можна знехтувати. Ефективним методом зниження впливу конвекції є зниженняАле при цьому треба пам'ятати, що зниженняпризводить до погіршення передачі теплоти і можуть мати місце великі помилки.
Врахування передачі теплоти випромінюванням
Якщо є шар рідини або газу та то можна записати:
Відповідно до закону Стефана-Больцмана:
Визначення теплопровідності газів за методом нагрітої нитки
1 - центральна нагріта нитка, виготовлена з платини і є платиновим термометром опору;
2 - капіляр / кварцова трубка;
3 - робоча камера високого тиску;
4 - струмопідводи;
5 - розтяжки;
6 - лінія вакуумування камери і заповнення її газом;
7 - платиновий термометр опору;
- довжина нитки;
- внутрішній радіус капіляра 2.
Калібрований дріт має діаметр 0.05 ... 1 мм.
Капіляр має діаметр 0.2 ... 3 мм.
У капіляр можуть міститися як досліджуваний газ так і рідина.
Еталонні опори необхідні для визначення сили струму.
Проведення досліду
З капіляра 2 відкачують повітря, а потім заповнюють 2 досліджуваним газом або рідиною. Заповнення відбувається під певним робочим тиском. У камері 3 створюється протитиск, що розвантажує стінки трубки 2. Одночасно подається живлення на зовнішній термометр 7 і на нитку 1. Після встановлення стаціонарного режиму при заданій температурі, а температура в камері 3 підтримується трохи нижче, ніж температура нитки 1, роблять наступні вимірювання:
1)- падіння напруги на нитки 1, виміряне потенціометром;
2)- падіння напруги на еталонному опорі;
3) - падіння напруги на зовнішньому платиновому термометрі 7.
Кількість теплоти виділена ниткою визначається як:
- приведений коефіцієнт;
- температура внутрішньої стінки трубки;
- температура нагрітої нитки.
Для визначенняіснує функція:
Перепад температур в стінці визначається як:
Знаючи, визначивши по опорувизначаємо.
Втрати в торцях нитки визначаються як:
Таким чином:
Недолік: трудомісткість центрування нагрітої нитки по осі капіляра 2.