vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Работа № 10
Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела.
10.1. Назначение
10.2. Состав
Оборудование и элементы системы изображены на схеме 10:
10.2.1. Проволока из исследуемого материала (2), натянутая внутри теплоизоляционной трубки (1). Верхний конец проволоки закреплен на штативе, нижний конец проволоки закреплен на поводке микрометра-индикатора (5). Снизу к поводку микрометра-индикатора
прикреплен груз (4), служащий для поддержания проволоки в натянутом состоянии. К проволоке (2) сверху и снизу подведены провода, по которым подводится ток для нагрева проволоки.
Параметры:
- длина проволоки между точками подключения проводов: 1 м;
- диаметр проволоки: |
0,1 0,3 мм (задается); |
|
- шкала микрометра: |
|
|
большая |
0,1 мм на один оборот, цена деления - 1 |
мкм. |
маленькая |
1 мм на один оборот, цена деления - 0.1 |
мм |
10.2.2. Контрольное сопротивление |
Rконтр (7) служит для контроля тока, протекающего |
|
через проволоку. Изготовлено из константана и имеет: а) пренебрежимо малый термический коэффициент сопротивления; б) большую мощность рассеяния, что позволяет пренебречь его нагревом при протекании тока. Сопротивление (7) может принимать два значения - 10
Ом и 30 Ом, переключаемые тумблером (11).
10.2.3. Блок питания (8) позволяет регулировать подаваемое напряжение в пределах 0 50 В.
Блок питания имеет функции ограничения выходной мощности: при превышении выходной мощности (U I ) величины 150 Вт, дальнейший рост напряжения блокируется. Благодаря
этому температура проволоки не может превысить 400 С. Подача напряжения в систему осуществляется с пульта (12).
10.2.4. Цифровые четырехзнаковые вольтметры (9) и (10) служат для измерения падения
напряжения на сопротивлении (7) и на проволоке (2). Переключатели диапазона измерения служат для более точного измерения величин.
10.3. Работа отдельных узлов
10.3.1. При выполнении работы предполагается температура окружающего воздуха Tокр
равной 20 С. По заданному материалу проволоки и ее диаметру вычисляется начальное сопротивление проволоки:
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
R0 L S
где: - удельное сопротивление при 20 С; L - длина проволоки (1 м);
S- сечение проволоки (м2).
Вданной работе могут использоваться следующие материалы проволоки:
-медь
-нихром
-сталь
-аллюминий
|
материал |
уд. сопр. |
темп. коэфф. сопр. |
темп. коэфф. |
|
|
Ом м 10-8 |
х10-3 град-1 |
линейного расш. |
|
|
|
|
х10-6 град-1 |
1 |
вольфрам |
5,5 |
4,6 |
4.3 |
2 |
сталь |
9,8 |
6.0 |
11.5 |
3 |
аллюминий |
2,7 |
4,2 |
23.1 |
4 |
медь |
1,7 |
4.3 |
16.7 |
При подаче на установку напряжения температура проволоки рассчитывается по итерационной схеме:
1.При первом проходе температура проволоки TN принимается равной Tокр , при
дальнейших проходах принимается равной температуре, вычисленной на этапе 3.
2.Находим сопротивление проволоки R при температуре TN ; ток, текущий по цепи I ; мощность, выделяемую на проволоке P .
R R0 1 TN 20 , - коэффициент температурного
сопротивления;
I U R
Rконтр
PU R I
3.Находим температуру проволоки:
|
TN |
|
T |
|
|
P |
, =0,2 1 - коэффициент теплоотдачи. |
|
1 |
|
|
||||
|
|
окр |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
4. |
Если TN TN 1 , |
то |
температура проволоки T принимается равной TN 1 , иначе |
||||
возвращаемся на этап 1. |
|
|
|
|
|
||
После расчета температуры проволоки определяем изменение ее длины (соответственно показания микрометра) при этой температуре:
L 1 T 20 , - коэффициент линейного расширения.
10.3.2.Параметр релаксации = 60 сек.
10.3.3.Требуемые погрешности измерений при выполнении работы обеспечиваются округлением величин напряжений U R и U R до пределов измерения цифровых вольтметров.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
10.4. Ошибки.
10.4.1. Температура проволоки в данной работе не должна превышать 120 С. При
превышении этой температуры надо увеличивать коэффициент термического расширения при удлинении (на 1% на каждый градус превышения температуры). При уменьшении
температуры в интервале 120 ... С (то есть при сокращении длины) коэффициент
термического расширения наоборот уменьшается от нормального (на 1% на каждый градус превышения температуры). Таким образом имитируется эффект термической усталости.
10.5. Начальные параметры
10.5.1. Преподавателем задается: тип материала проволоки, а также диаметр проволоки. Выбор материала осуществляется из фиксированного списка (см. таблицу в п.10.3.1),
диаметр - произвольно в интервале 0.1 0.3 мм.
10.5.2.Начальные параметры по умолчанию:
- температура окружающая |
20 С. |
- БП выключен |
|
- напряжение (при включении БП) |
0 В |
-НАГРЕВ выключен
-нагрузочное сопротивление в положении "30 Ом"
-вольтметры в режиме "100 В"
-стрелки индикатора (микрометра) - в произвольном положении.
10.6. Цветовые и визуальные эффекты
10.6.1. Цвет проволоки меняется по шкале температура-цвет.
10.6.2. Показания индикатора изменяются в соответствии с рассчитанным удлинением
проволоки.
10.6.3. При превышении температуры проволоки 120 С вокруг проволоки надо изобразить
"ореол" красного сияния.
10.7. "ЖУРНАЛ"
10.7.1.Временной интервал записи:
-немедленно при: изменении напряжения, включении/выключении нагрева, изменении нагрузочного сопротивления.
-иначе через 10 сек.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
10.7.2.Данные строки "таблицы параметров":
1)время
2) НАГРЕВ
3) БП
4) напряжение (В), установленное на БП
5)напряжение на нагрузочном сопротивлении
6)напряжение на проволоке
7)рассчитанная температура проволоки
8)показания индикатора в формате М - ББ , где М - показания по внутренней (маленькой) шкале, ББ - показания по внешней (большой) шкале.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Схема 10.