Ысқаша теориялық мәлімет. Жылу өткізгіштік коэффициенті λ физикалық параметр болып есептеледі

Жылу өткізгіштік коэффициенті λ физикалық параметр болып есептеледі. Ол дененің жылу өткізгіштік қабілетін не заттағы жылудың тасымалдау қарқындылығын көрсетеді және жалпы алғанда температураға, берілген немесе алынған жылу мөлшеріне, қысымға, кезектілікке, ылғалдыққа және заттың түріне тәуелді. Ол сандық түрде білік температуралық градиентті gradt (K/M), жылу ағысының тығыздығына q (Вт/м²) тең.[1-3].

, Вт/(м К) (5.1)

Заттың жылу өткізгіштік коэффициентінің, ондағы жылу өткізу процесін аналитикалық түрде жазу үшін керек.

5.1- суретте жылу өткізгішті анықтау үшін қолданылған динамикалык λ -калориметр әдісінің жылу сұлбасы (схемасы) көрсетілген, оның теориялық негізі [11]-да толық берілген.

Зерттелетін үлгі зат (4), түйістіруші тілімше (3) мен сырық (5), табаннан (1) келетін жылу ағыны Q(τ) мен бір қалыпты түрде қыздырылады. Сырықтың (5), үлгі заттың (4), жылу өлшеуіш тілімшелер (2) мен (3) қырлы беттері адиабаттық оқшауланған.

Сырық (5) пен түйістіруші тілімше (3) мыстан жасалған. Оған жоғарғы жылу өткізгіштік қасиеті болғандықтан, онда температуралық айырмашылығы өте аз.

Тілімше (2) арқылы өтетін жылу ағыны Q(τ) аз мөлшерде тілімшенің өзіне сіңіріледі. Қалған бөлігі тілімшені (3), үлгі зат (4) пен сырықты (5) қыздыруға жұмсалады. Жүйе өлшемдері үлгі зат пен тілімшенің сіңіретін жылу ағыны, сырықтың сіңіретін жылу ағынына қарағанда 5-10 есе аз етіп таңдалған. Бұл жағдайда үлгі зат пен (4) тілімшенің (2) температуралық өрісі, сызықтық пен тұрақтылыққа жақындайды. Сыналатын үлгі, зат (4) аткылы өтетін және сырық (5) сіңіретін Q₃(τ) және тілімшенің (жылу өлшеуіштің) орта қимасынан өтетін Q_ж.ө(τ) жылу ағындары мына формулалар бойынша анықталады:

, Вт (5.2)

, Вт; (5.3)

Мұндағы Ө₃- үлгі заттағы температура айырмашылығы, К; F₃- үлгі заттың қима бетінің ауданы, м²; R- сырық пен (5) түйістіруші тілімше (3) арасындағы жылу кедергісі, м² К/Вт; С_С- сырықтың (5) толық жылу сыйымдылығы, Дж/К; С₃ – үлгі заттың (4) толық жылу сыйымдылығы, Дж/К; b- өлшем жүргізілетін ұяшықтың қыздырылу жылдамдығы, К/С; К*_ж.о- тілімшеліктің 2 (жылу өлшеуіштің) жылу өткізгіштігін көрсететін пропорционалдық коэффициент, Вт/К; Ө_ж.о- жылу өлшеуіштің тілімшелігіндегі (2) температура айырмашылығы, К; С_ж.о – жылу өлшеуіш тілімшенің (2) толық жылу сыйымдылығы, Дж/К; С_т- түйістіруші тілімшенің (3) толык жылу сыйымдылығы, Дж/К.

Сырық (5) пен түйістіруші тілімшелік (3) арасындағы жылу кедергісі мына формуламен анықталады:

R = R₃ + R_К, (5.4)

Мұндағы R₃ - үлгі заттың жылу кедергісі, м² К/Вт; R_К - түйістірудің жылу кедергісін, ұқсамайтындығы мен термопардың біріктірілген жерінің кедергісін есепке алатын түзеткіш, м² К/Вт.

Үлгі заттың жылу кедергісі мына формуламен анықталады:

R_зат = h/λ. (5.5)

Мұндағы h - сыналатын үлгінің биіктігі, м; λ - үлгі заттың жылу өткізгіштігі, Вт/(М.К).

(5.2), (5.3), (5.4), (5.5) формулаларды есепке ала отырып үлгі заттың жылу кедергісі мен оның жылу өткізгіштігін мына формуламен анықтауға болады:

. (5.6)

Мұндағы - үлгі заттың жылу сыйымдылығын есепке алатын түзеткіш.

. (5.7)

мұнда

С_З=С_З( t) m_З ; (5.8)

С_С=С_м( t) m_С ; (5.9)

Мұндағы С_З( t), С_м( t) - үлгі заттың меншікті жылу сыйымдылығының бағдарлама мәні және мыстың меншікті жылу сыйымдылығы, Дж/(кг.К); m₃, m_C – үлгі зат пен сырықтың массасы, кг.

С_м(t) және С₃(t) мәндері 5.2-кестеде берілген.

Үлгі заттың жылу өткізгіштік коэффициенті (6.5) бойынша мынаған тең

. (5.10)

Үлгі зат мәнінін орта температурасы арқылы жүргізілуге тиіс, мына формула бойынша есептеледі

, (5.11)

мұнда - жылу өткізгішті өлшеу кезіндегі температура, С; – хромель-алюмель термопарасының сезімталдығы, К/Мв (5.2-кесте); - үлгі заттағы температуралық айырмашылық, мВ (5.3-кесте);

және R_T сыналатын үлгі заттардың қасиеттеріне байланысты емес, олар өткізгіштің «тұрақтысы» болып есептеледі. Әдетте R_к мәні λ=2…5 Вт/(м.К) тең материалдар үшін беріледі және үлгі заттың жылу кедергісінен R₃ 10...20%-тен аспайды.

және R_K-ні анықтау үшін ГОСТ 15130-86 КВ таңбалы кварцтан жасалған шыны және ГОСТ 859-78 М1 таңбалы мыстан жасалған үлгілі өлшем бойынша жүргізіледі (градуирлейді), сосын оның нәтижесін 5.3-кестеге енгізеді.

Сыналатын үлгінің жылу өткізгіштігін аныктау үшін, әртүрлі деңгейдегі температурадағы жылу өлшеуіш Ө_ж.ө пен үлгі заттағы Ө₃ температуралық айырмашылықтарын да өлшеу керек, мкВ П_ж.о (П_Т) және П₃ (П_о)-да өлшейді. Термо-ЭКК (мкВ) мәнін мВ мәніне (мкВ.10-3=мВ, 5.3-кесте) ауыстыру керек, сонда мВ мәні Кельвин температурасына ауыстырылады.

, К және , К; (5.12)

мұнда , - жылу өлшеуіш тілімшелігі (2 ) мен үлгі заттағы (4) температуралар айырмашылықтары, мВ.

Өлшеуішті градуирлеу дегеніміз - жылу өлшеуіштің жылулық өткізгіштігін тәжірибелі түрде анықтап, үлгі заттың түйістіруші кедергісін, термопараның бекітілуін, динамикалық қателігін және термопараны градуирлеудің ұқсассыздығын есепке алатын түзетушілікті R_K анықтау болады.

анықтау үшін бес рет тәжірибе өткізіледі, мұнда үлгі ретінде ГОСТ 15130-86 КВ таңбалы ерітілген кварцтың жылу өткізгіштігінің үлгілі мәні пайдаланылады. 5.2- кестесін ала отырып, тәжірибе нәтижелері 5.3-кестесіне енгізіледі. есептелу - түзеткіш R_К көмегінсіз мына формуламен есептеледі:

. (5.13)

Мұндағы - үлгі заттағы температура айырмашылығы, мкВ; – термопараның жұмыс қабатындағы температура айырмашылығы, мкВ.

Жылу кедергісі R_K анықтағанда, М1 таңбалы мыстан жасалған үлгінің (үлгінің диаметрі 15мм, биіктігі – 5мм) көмегімен бірнеше тәжірибелер жүргізіледі. Тәжірибе нәтижелері 5.3-кестеге енгізілді. R_Т-ні анықтау мына формуламен жүргізіледі:

; (5.14)

Мұндағы - мыс үлгінің биіктігі ( = 5.10^-3,м). λ_М - мыс үлгінің жылу өткізгіштігі, Вт/(м.К);

Температураға байланысты жылу өткізгіштің мәні, 5.2-кестесінде берілген.

R_T орта мәнін ескеріп, дәл есептеу мына формула бойынша жасалынады:

. (5.15)

Мұндағы - КВ таңбалы кварц шынының жылу өткізгіштігі, Вт/(м.К) (5.2-кестеде келтірілген); - КВ таңбалы үлгілі кварц шынының биіктігі ( = 4.10^-3,м), м; F- КВ таңбалы кварцтан жасалған шыны үлгісінің қима бетінің ауданы, м²; - КВ таңбалы кварцтан жасалған үлгінің жылу өткізгіштігін есептейтін түзеткіш; - жылу кедергісін R_K есептейтін түзеткіш

. (5.16)

Есептелген -нің орта мәндері, келесі орындалатын жұмыстар үшін қолданылады.

және R_К-ні анықтаудағы қателер кездейсоқ болып табылады. Олардың мәндері, тәжірибе өткізушінің мамандығы мен тәжірибесіне байланысты, олар 5 және 10%-тен аспауға тиіс.

5.4 Жұмысты істеу әдістемесі, ИТ- λ - 400 приборды (аспапты)