4. Обработка опытных данных

1. По полученным значениям термоЭДС термопар для стационарного режима, используя тарировочный график для хромель-копелевой термопары, помещённый на лабораторном стенде, определяются температуры контрольных точек исследуемых секций и записываются в таблицу отчёта.

2. Рассчитывается мощность теплового потока:

W = I U , Вт (5.8)

3. По формуле (5.7) вычисляется коэффициент теплопроводности для каждой секции и записывается в таблицу отчёта:

Материал	Коэффициент теплопроводности, , Вт / (м град)
	Опытная величина	Табличное значение
Асбоцемент		0.093
Листовой асбест		0.116
Диатомит		0.840

4. Сравниваются полученные результаты расчётов с табличными значениями.

5. По результатам работы оформляется отчёт.

5. Содержание отчёта

В отчёте приводятся:

1. Цель работы.

2. Схема установки и её составные части.

3. Ответы на приведенные ниже контрольные вопросы.

4. Полученные результаты работы с необходимыми расчётами.

6. Контрольные вопросы

1. Привести уравнение теплопроводности Ж. Фурье.

2. Дать обозначение и указать физический смысл температурного градиента.

3. Какие факторы уменьшают величину коэффициента теплопроводности тепло-изоляционных материалов?

4. Какие факторы увеличивают величину коэффициента теплопроводности тепло-изоляционных материалов?

5. Чем обусловлена малая теплопроводность исследуемых материалов?

6. Какой из исследуемых материалов обладает лучшими теплоизоляционными свойствами?

7. Во сколько раз увеличится разность температур в каждой секции, если мощность теплового потока увеличивается вдвое?

8. Изменится ли значение коэффициента теплопроводности, если толщину цилиндрической стенки увеличится вдвое?

9. Почему в уравнении Фурье стоит знак минус?

Лабораторная работа №6

Определение коэффициента теплопроводности

металлов

Цель работы: углубить знания по разделу «Теплопроводность»; ознакомиться с методикой экспериментального определения коэффициента теплопроводности; определить коэффициент теплопроводности меди методом стационарного теплового потока.

1. Теория рассматриваемого вопроса

Теплопроводность представляет собой процесс распространения тепла внутри неподвижных тел при непосредственном соприкосновении частиц тела, имеющих различные температуры. Она обусловлена движением микрочастиц вещества.

Механизм переноса тепла зависит от природы тела: в твердых телах теплопроводность связана с электронной проводимостью, объясняемой движением свободных электронов и, так называемой, ионной проводимостью, обусловленной тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Вклад указанных проводимостей в различных телах различен.

Для большинства металлов ионная проводимость пренебрежительно мала по сравнению с переносом за счет движения свободных электронов, тепловая скорость движения которых очень велика. Поэтому металлы являются лучшими проводниками теплоты по сравнению с другими телами.

Для расчета процессов стационарной теплопроводности используется

закон Ж. Фурье, который устанавливает связь между количеством тепла Q, проходящим через изотермическую площадку F, и температурным градиентом

grad t :

Q = – λ grad t F , Вт (6.1)

Здесь λ – коэффициент пропорциональности (коэффициент теплопроводности),

Вт / (м·град); характеризует способность вещества проводить тепло и

численно равен количеству тепла, проходящему через единичную

изотермическую площадку, нормальную тепловому потоку, в единицу

времени при градиенте температуры в 1 град/м;

F – поверхность нагрева, м ;

grad t – градиент температуры (векторная величина, характеризующая

скорость возрастания температуры в пространстве и направленная по

нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания

температуры):

grad t = , град / м

За положительное направление градиента принимается направление возрастания температуры.

Знак минус в уравнении (6.1) указывает на то, что температурный градиент и тепловой поток направлены в противоположные стороны.

Решение уравнения (6.1) при стационарном температурном поле для тел простой геометрической формы позволяет найти коэффициент теплопроводности из соотношения:

λ = – = – , Вт / (м·град) (6.2)

Коэффициент теплопроводности металлов и сплавов определяется опытным путём.

В основном у чистых металлов коэффициент теплопроводности линейно снижается при повышении температуры. Напротив, у сплавов коэффициент теплопроводности при повышении температуры увеличивается. В целом, коэффициент теплопроводности металлов изменяется от 3 до 418 Вт / (м·град).

Из уравнения (6.2) следует, что стационарный метод измерения коэффициента теплопроводности основывается на измерении плотности теплового потока q, Вт/м , проходящего через опытный образец, и градиента температуры в нем.

Для технических расчётов значения коэффициентов теплопроводности металлов и сплавов принимаются по справочным таблицам, полученным на основе экспериментальных данных.