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.Дать определение понятиям:

1. Влажный насыщенный воздух.

2. Влажный ненасыщенный воздух.

3. Абсолютная влажность воздуха.

4. Относительная влажность воздуха.

5. Влагосодержание влажного воздуха.

1.6. Температура насыщения.

2. Привести параметры, характеризующие тепловлажностное состояние воздуха.

3. Описать принцип действия психрометра.

4. Привести зависимость, связывающую между собой относительную влажность и влагосодержание воздуха.

5. Какие параметры влажного воздуха определяют возможность выпадения осадков?

6. Какие линии изображаются на I-d-диаграмме влажного воздуха?

Лабораторная работа №12

Определение коэффициента излучения твердого тела

Цель работы: Углубить знания по теории теплового излучения, ознакомиться с методикой опытного определения коэффициента излучения твердого тела и приобрести навыки экспериментальных исследований; выяснить применимость к исследуемому телу закона Стефана-Больцмана, найти величину коэффициента излучения исследуемого материала и степень его черноты.

1. Теория рассматриваемого вопроса

Лучистая энергия возникает за счёт энергии других видов в результате сложных молекулярных и внутриатомных процессов.

Источником теплового излучения является внутренняя энергия нагретого тела.

Лучистым теплообменом называется теплообмен между телами, который осуществляется путём распространения электромагнитных волн.

Количество лучистой энергии в основном зависит от физических свойств и температуры излучающего тела.

Электромагнитные волны различаются длиной своей волны . Тепловые (инфракрасные) лучи представляют собой электромагнитные колебания с длиной волны = 0,8 – 40 мк (1 мк = 0,001 мм).

Лучеиспускание свойственно всем телам. Каждое из них одновременно и непрерывно излучает и поглощает энергию, если его температура не равна 0 К. Лучеиспускание твёрдых тел происходит с их поверхности, при этом, спектр излучения также непрерывен, т.е. испускаются лучи всех длин волн. Газы имеют селективный (избирательный) спектр и излучают всем своим объёмом.

Тело, способное полностью поглощать все падающие на него тепловые лучи и обладающее максимальной способностью к излучению (оба эти свойства связаны между собой), называется абсолютно чёрным телом.

Энергия излучения абсолютно чёрного тела за единицу времени определяется по закону Стефана – Больцмана согласно зависимости:

E = c F, Вт, (12.1)

где F – поверхность излучения тела, м ;

T – абсолютная температура поверхности излучения тела, К;

c – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела; c = 5,67 Вт/(м К ).

В природе абсолютно чёрных тел не существует. Все реальные тела называют «серыми». При одной и той же температуре серые тела излучают энергию меньшей величины, чем абсолютно чёрное тело. Для серых тел энергия излучения определяется по формуле:

E = c F = c F, Вт, (12.2)

где c – коэффициент излучения серого тела, Вт/(м К );

– степень черноты тела, его относительная излучательная способность:

= (12.3)

Величина энергии лучистого теплообмена между двумя серыми телами, когда одно из них с поверхностью F и степенью черноты находится внутри другого с поверхностью F и степенью черноты , определяется с учётом их взаимного облучения по формуле:

Q = c F , Вт (12.4)

Здесь c – приведённый коэффициент излучения:

c = , Вт/м К ; (12.5)

c , c – коэффициенты излучения первого и второго тела:

c ;

c ;

T , T – абсолютные температуры первого и второго тела.

Если поверхность F много меньше поверхности F , то отношение в формуле (12.5) можно принять равным нулю, а значит:

c = c = c

Следовательно, уравнение теплообмена (12.4) принимает вид:

Q = cF , Вт (12.6)

Отсюда, при известных экспериментальных значениях величин Q, T , T и F коэффициент излучения серого тела может быть вычислен по формуле:

c = , Вт/м К (12.7)

Коэффициент излучения c реальных веществ не является величиной постоянной. В общем случае этот коэффициент зависит не только от физических свойств вещества, но и от его химического состава, состояния поверхности излучения (в том числе и от её шероховатости), а также от температуры тела и длины волны излучения. Поэтому коэффициент излучения c и степень черноты для серых тел определяют экспериментально, а для расчётов выбирают из справочных таблиц.

В данной работе для экспериментального определения коэффициента излучения c исследуемого тела (первого) используется калориметрический метод. В качестве исследуемого тела рассматривается вольфрамовая спираль электрической лампочки накаливания, помещённой в сосуд с трансформаторным маслом. Ёмкость с маслом и колба лампы являются вторым телом в процессе излучения (поглощающей средой).

Поскольку в опытах температура поглощающей среды T много меньше температуры излучателя T , то ею можно пренебречь и в этом случае формула (12.7) принимает вид:

c = , Вт/м К (12.8)

При этих условиях можно не учитывать также и обратное излучение поглощающей среды на спираль. В связи с этим в эксперименте мощность излучения исследуемого тела (спирали) можно принять равной потребляемой мощности электрической лампочки.

Температура спирали в эксперименте определяется косвенным путём по температурному изменению электрического сопротивления спирали (метод термометра сопротивления). Величина удельного электрического сопротивления вольфрамовой нити спирали в зависимости от её температуры ( Т ) приведена на стенде лабораторной работы.

Погрешность такого измерения температуры нити накаливания спирали зависит, главным образом, от класса точности амперметра ( k , % ) и вольтметра ( k , % ). Эти классы точности указаны на шкалах приборов цифрой в кружочке. Величина погрешности измерения температуры зависит также от относительной величины измеряемого тока и напряжения . Здесь I и U – наибольшие измеряемые приборами сила тока ( I = 3 А) и напряжение (U = 30 В ).

Таким образом, учитывая, что в формуле (12.8) температура фигурирует в четвёртой степени, предельную погрешность измерения температуры нити накаливания спирали можно определить с помощью зависимости:

= 4 , % (12.9)

Эта предельная погрешность определяет степень достоверности полученных результатов.