Оценить погрешность полученных экспериментальных результатов
ЗАДАНИЕ
1. Определить значение среднего коэффициента теплоемкости исследуемого материала при трех-четырех температурных режимах. 2. Построить график зависимости коэффициента теплопроводности от средней температуры материала. Оценить погрешность полученных экспериментальных результатов. 4. Составить отчет по выполненной работе.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
По закону Фурье плотность теплового потока в процессе кондукции в твердом теле определяется величинами температурного градиента и коэффициента теплопроводности, т.е.
где Коэффициент теплопроводности, таким образом, зависит от температуры, давления и рода вещества, а для изоляционных материалов на его величину также существенно влияют плотность, структура, пористость и влажность. Градиент температуры характеризует направление максимального изменения температуры в температурном поле. Температурное поле в сплошных средах описывается дифференциальным уравнением теплопроводности и условиями однозначности, характеризующими тепловое взаимодействие рассматриваемого тела с окружающей средой. Для данного случая дифференциальное уравнение имеет вид:
где T – температура, K;
X, Y, Z – прямоугольные координаты;
с, r - соответственно теплоемкость и плотность материала в Дж/(кг×К) и кг/м3. Решение уравнения (1.2) для бесконечно длинной цилиндрической стенки (1>>d) при стационарных граничных условиях 1-го рода имеет вид
или
где d, d1, d2 – диаметры цилиндрической стенки соответственно для произвольной, внутренней и внешней цилиндрических поверхностей; l – длина цилиндрической стенки, м; Q – тепловой поток через стенку, Вт. Из уравнения (1.4) следует, что если в процессе эксперимента измерить тепловой поток Q, проходящий через цилиндрическую стенку заданных размеров (d1, d2, l) и температуру двух произвольных цилиндрических поверхностей стенки (например, внутренней и наружной)
Если определить зависимость коэффициента теплопроводности от температуры, то рассчитанное по формуле (1.5) значение l следует отнести к средней температуре
Если изменить тепловой поток Q, то соответственно изменится температурное поле в стенке. Это позволяет измерить коэффициент теплопроводности при различных температурах материала и получить его зависимость от температуры. Если зависимость по опытным данным оказывается в пределах погрешности эксперимента, то можно считать в пределах этой погрешности Схема экспериментального стенда показана на рис. 1.1. Исследуемый образец материала l в форме полого цилиндра диаметром 40/27 мм и длиной l =1 м плотно установлен на керамической трубке 2, внутри которой расположен электрический нагреватель из нихромовой проволоки 3. На нагревательный элемент подается выпрямление переменное напряжение через выключатель ВК и лабораторный автотрансформатор типа РНО-5. Электрическая мощность, подводимая к нагревательному элементу, измеряется методом амперметра-вольтметра. В стационарном состоянии поток теплоты, создаваемый нагревателем 2, полностью проходит радиально через исследуемый образец. За счет тепловой изоляции торцевые потери стенок у исследуемого образца сведены к нулю. Температура внутренней поверхности образца измеряется тремя (хромель-копель) термопарами Т1, Т2 и Т3, а наружной – термопарами Т4, Т5 и Т6 одной и той же градуировки. ЭДС термопар измеряется с помощью образцового потенциометра 6 ПП-63 класса 0,05. Все термопары подключены к потенциометру по схеме с «холодным спаем» через многоточечный переключатель термопар 7 ПТМ-12. Холодные спаи термопар термостатируются в сосуде Дюара 8, наполненном тающим льдом с температурой 0°С. Перевод показаний термопар в градусы производится по стандартным градуировочным таблицам для термопар типа ХК (прилож. /1/). При отсутствии льда сосуды Дюара заполняются дистиллированной водой. температура холодных спаев
По данным измерений вычисляется средняя температура холодных спаев:
В этом случае при расшифровке показаний термопар следует ввести поправку на температуру холодного спая путем суммирования измеренной прибором термоЭДС термопар
Изменение температурного режима установки производится по заданию преподавателя с помощью автотрансформатора. ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТОВ
Перед проведением опытов студенты должны ответить на контрольные вопросы и подготовить протокол измерений. После проверки преподавателем готовности студентов разрешается приступить к проведению эксперимента. Внимание: включение установки производится только лаборантом или преподавателем! После подачи электрического напряжения на стенд измеряется температура холодных спаев На установившемся режиме основные измерения производятся не менее трех раз по каждому прибору. Рекомендуется следующая форма протокола измерений:
Таблица 1.1
Внимание. Результаты измерений и их первичной обработки обязательно обсуждаются с преподавателем, после чего можно переходить к следующему режиму работы установки. Тепловой поток через исследуемый образец определяется мощностью электрического нагревателя
Среднее значение температуры на внутренней
Средняя температура образца определяется по формуле:
Среднее значение коэффициента теплопроводности материала при температуре
Обработка результатов Обработке подлежат результаты только тех измерений, которые получены в стационарном процессе теплопроводности. По найденным значениям коэффициента теплопроводности строится график зависимости l = f(t). Точность полученных экспериментальных значений коэффициента теплопроводности оценивается по предельной относительной погрешности результата:
где
По найденным значениям коэффициента теплопроводности строится график зависимости. Результаты расчетов оформляются протоколом следующей формы, куда вносят усредненные показания приборов:
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (429)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |