Порядок проведения эксперимента
Измеряемые величины:
Uн – напряжение на нагревателе;
Uо - напряжение на образцовом сопротивлении;
tij – температура внутренней (i=1) и внешней (i=2) поверхности в трех (j=1,2,3) сечениях цилиндрического слоя.
Q=UнUо/Rо – тепловой поток через цилиндрическую поверхность в единицу времени.
Порядок проведения измерений:
1. Подключить выход ЛАТР к кабелю нагревателя, расположенного на задней панели установки.
2. Подключить вход ЛАТР к розетке 220 В, находящейся на задней панели установки.
3. Снять выходное напряжение на ЛАТР, повернув регулятор напряжения ЛАТР против часовой стрелки до упора.
4. Проверить заземление установки и подсоединить установку к сети 220 В.
5. Включить тумблер 3 питания установки, тумблер 7 питания нагревателя и тумблер 5 питания УКТ-38.
6. Установить напряжение на нагревателе Uн = 60 В регулятором напряжения ЛАТР.
7. Подождать 4–5 минут для получения стационарного режима.
8. Снять показания Uн и Uо, установив переключатель в соответствующее положение.
9. Снять показания tij . При этом измеритель температуры УКТ-38 автоматически и последовательно переключается с одной термопары на другую.
10. Занести полученные данные в подготовленную таблицу.
Образец таблицы результатов измерений:
| № опыта | Uн | U0 | t11 | t21 | t12 | t22 | t13 | t23 |
| ….. N |
11. Повторить пункты 6–10, устанавливая на нагревателе другие значения напряжения.
Проведение расчетов
Коэффициент теплопроводности рассчитывается по формуле (3). Тепловой поток определяется по данным электрических измерений:
Q =UнIн; Iн =Uо/Rо .
Температуры стенок определяются путем усреднения показаний термопар:
tо1 = (t11 + t12+ t13)/3 ;
tо2 = (t21 + t22+ t23)/3 .
Образец таблицы расчетов:
| № опыта | Q | tс1 | tс2 | λ |
| ….. |
Контрольные вопросы для допуска к работе
Основные:
1. Дайте определение потока тепла и плотности потока тепла.
2. В чем состоит метод цилиндрического слоя?
3. Какие физические величины необходимо измерить в ходе выполнения работы?
4. Какой метод измерения температур используется в данной лабораторной установке?
5. Какую размерность имеет коэффициент теплопроводности?
Дополнительные:
6. Чем отличается теплопроводность от других процессов теплопередачи?
7. Сформулируйте закон Фурье в дифференциальной форме.
8. Каким образом методика данного эксперимента обеспечивает выполнение условия стационарности теплопроводности?
9. Нарушение какого указания данной методики приведет к получению неверного значения коэффициента теплопроводности?
10. С какой целью данная методика предусматривает проведение серии измерений при различных значениях теплового потока?
Контрольные вопросы для защиты работы
Основные:
1. Опишите этапы вывода уравнения для потока тепла через цилиндрическую стенку.
2. Каким образом методика данного эксперимента обеспечивает выполнение условия t = t(r) ?
3. Какие материалы имеют коэффициенты теплопроводности, близкие по порядку величины к измеренным?
4. Перечислите погрешности, связанные с неидеальностью реализации методики определения коэффициента теплопроводности. Назовите наиболее существенные из них.
5. Перечислите инструментальные погрешности, присущие данной экспериментальной установке. Назовите наиболее существенные из них.
Дополнительные:
6. Проанализируйте поведение уравнения для потока тепла через цилиндрическую стенку при устремлении к бесконечности радиуса наружной
стенки. Сформулируйте физическую интерпретацию этого поведения.
7. Перечислите погрешности метода определения коэффициента теплопроводности. Назовите наиболее существенные из них.
8. Пусть измерения проведены до того, как установится стационарный режим. Будет ли значение коэффициента теплопроводности, рассчитанное по данным этих измерений, завышенным или заниженным по сравнению с действительным? Обоснуйте ответ.
9. Вам необходимо измерить теплопроводность некоторого материала с
помощью данной лабораторной установки. Каков будет Ваш порядок действий?
10. Сделайте свои предложения по снижению погрешности определения коэффициента теплопроводности.