7.2. Содержание и этапы работы.

В данной лабораторной работе предлагается воспользоваться методом бикалориметра для определения тепловой проводимости и эффективной теплопроводности цилиндрической трубки (оболочки), выполненной из пенопласта.

Функции блока в бикалориметре поочередно выполняет кипящий азот или массивный стакан из дюраля. Функции ядра выполняет ампула с размещенным в ней стержнем (изготовлен из меди). Надетая на металлическую ампулу пенопластовая трубка (оболочка) является исследуемым образцом.

Схема тепловой ячейки бикалориметра, использованной в работе, показана на рис. 7.2.1.

Рис. 7.2.1. Схема тепловой ячейки бикалориметра.

1 – тепловая изоляция ячейки; 2 – сосуд с жидким азотом или водой;

3 – пластмассовая ампула (образец); 4, 5 – температурные датчики (термопары);

6 – металлический стержень с известной теплоемкостью.

Опыт № 1. Исследуется процесс охлаждения медного образца (его теплоемкость хорошо изучена), защищенного теплозащитной оболочкой, в среде кипящего азота.

Целью опыта является определение проводимости K(Т) теплозащитной оболочки, которая окружает образец и служит "постоянной" ячейки в условиях теплообмена образца с кипящим азотом.

Для проведения опыта студенту предстоит выполнить целый ряд промежуточных операций.

1. Получить у лаборанта или преподавателя лабораторный стенд, соединительный кабель, температурные датчики (три термопары), изготовленные в первой лабораторной работе.

2. Установить лабораторный стенд на своё рабочее место.

3. Вставить одну из вилок RJ-45 соединительного кабеля в разъем “Ethernet” контроллера. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

4. Вставить вторую вилку RJ-45 соединительного кабеля в компьютерную розетку RJ-45, находящуюся на стене рядом с электрической розеткой. Вилку соединительного кабеля необходимо вставлять аккуратно, без усилия, до щелчка.

5. Подключить температурные датчики к соответствующим гнездам блока “холодных спаев” лабораторного стенда. Напоминаем, что термопары могут подключаться только к разъемам 1 – 4.

6. Вставить вилку сетевого шнура контроллера в электрическую розетку.

7. Включить питание контроллера. После включения питания на дисплее контроллера высвечивается меню “Исходные параметры”. По умолчанию в памяти контроллера установлен номер работы “1”, поэтому его следует исправить.

8. Нажать командную строку “ДАЛЕЕ”. На дисплее появляется “Главное меню”. В подменю «Эксперимент» следует задать параметры опыта: номер опыта; интервал между измерениями – 2 секунды; число шагов – 200. Следует помнить, что номер опыта изменяется автоматически.

9. Установить значение температуры фазового перехода для используемого вещества (в кельвинах), согласно табл. 7.2.1.

Таблица 1.2.1

Вещество	, К
Жидкий азот	77,36
“Сухой лед”	194,67
“Вода-лёд”	273,15
Кипящая вода	373,15

10. Под присмотром преподавателя или лаборанта заполнить свободный сосуд-термостат стенда жидким азотом (на две трети высоты его внутреннего стакана).

11. Плотно закрыть ячейку специальной крышкой.

12. Через специальное отверстие в крышке опустить вторую термопару (ТП-2) в ячейку с жидким азотом таким образом, чтобы ее рабочий конец был погружен в вещество на 20…30 мм, но не касался дна или стенок сосуда. Третью термопару (ТП-3) следует разместить в одном из отверстий дюралевого ядра во втором сосуде-термостате.

13. Выбрать для первого опыта стерженек из меди, удельная теплоемкость которой хорошо изучена, измерить его диаметр, высоту и массу.

14. Вставить в отверстие медного стерженька образцовую термопару (ТП-1), защемить ее куском спички или зубочистки в ампулу и вставить стерженек в гнездо тепловой ячейки (пробирки-ампулы), защищенной в своей нижней части теплозащитным стаканом из пенопласта.

15. Взять тепловую ячейку с медным образцом за верхнюю кромку и опустить в сосуд с жидким азотом, а затем без промедления начать опыт, нажав “ВВОД” в меню “Эксперимент”.

В процессе опыта контроллер автоматически производит опрос температурных датчиков, при этом каждое измерение сопровождается одиночным звуковым сигналом. После окончания опыта контроллер выдает продолжительный звуковой сигнал.

16. По окончании опыта нажать крестик в правом верхнем углу меню “ Эксперимент”, после чего на экране появляется “Главное меню”

17. Передать экспериментальные данные проведенного опыта в базовый компьютер. Для этого следует нажать в главном меню строку “Передача данных”.

Внимание! Контроллер сохраняет в памяти данные только одного опыта, поэтому не забывайте передавать данные на базовый компьютер после каждого опыта.

После завершения передачи данных контроллер готов к проведению следующего опыта.

Опыт № 2

Исследуется процесс нагрева медного образца в среде массивного дюралевого ядра с комнатной температурой. Образец окружен теплозащитной оболочкой, которая находится в хорошем тепловом контакте с массивным изотермическим ядром.

Целью опыта является определение проводимости K(Т) теплозащитной оболочки, которая играет в ячейке роль "постоянной" прибора в условиях нагрева образца в массивном изотермическом ядре.

При проведении этого опыта студент должен практически полностью повторить все основные операции предыдущего опыта (см. пункты 7…17). Для этого следует снова включить контроллер, сохранив в нем прежние установки, и быстро перенести тепловую ячейку из сосуда с азотом в сосуд с металлическим ядром.

После завершения опыта можно вынуть тепловую ячейку из дюралевого блока, вынуть из нее медный образец и удалить из него термопару.

С помощью контроллера передать всю информацию об опыте в базовый компьютер.