4. Опис експериментальної установки і методики дослідженні
Експериментальна установка складається з дослідного зразка, виготовленого з досліджуваного матеріалу; водяної лазні, водяного і повітряних термостатів, а також вимірювальних приладів. Схема установки приведена на мал.
Мал. Схема експериментальної установки:
1 — дослідний зразок; 2 — термометр; 3,4 — відповідно робочий і вільний спаї термопари; 5 — потенціометр ПП-63; би — водяний термостат; 7 - мішалка; 8 — електронагрівач; 9 — судина з водою; 10 — повітряний термостат.
Дослідний зразок 1 є тілом правильної геометричної форми (куля, циліндр, пластина, паралелепіпед). Усередині зразка розташований робочий спай 3 диференціальних термопари, вільний спай 4 якою знаходяться в рідині. Таке розміщення спаїв дозволяє вимірювати надмірну температуру в досліджуваній точці зразка, тобто різниця температур тіла і навколишнього його середовища.
У установці використовуються хромель-копелеві термопари. ТЕРМО-ЕРС термопар вимірюється компенсаційним методом, заснованим на урівноваженні вимірюваною ЕРС падінням напруги, значення якої може бути визначене. В цьому випадку вимірювання не залежить від опору зовнішньому ланцюгу термопари, тобто сполучних і подовжуючих проводів і вимірювального приладу 5. Як останній використовується зразковий потенціометр типу ПП-63, що забезпечує високу точність вимірювання ТЕРМО-ЕРС.
Водяна лазня служить для попереднього нагрівання дослідних зразків. Вона є судиною, заповненою, водою і забезпечений електронагрівачем 8.
При визначенні коефіцієнта температуропровідності досвід з охолоджуванням зразка проводиться у водяному термостаті 6 з мішалкою 7. При цьому практично, забезпечується умова α→∞. Термостат є теплоізольована циліндрова судина значної ємкості. Умова tm →const виконується за рахунок відповідного вибору розмірів термостата. Розміри вибираються такими, щоб їх повна теплоємність була велика в порівнянні з повною теплоємністю самого зразка і теплота, що виділялася при охолоджуванні зразка, не приводила до зміни температури середовища в термостаті впродовж всього досвіду.
При визначенні коефіцієнта теплопровідності досвід з охолоджуванням зразка проводиться в повітряному термостаті 10. Останній виконаний у вигляді теплоізольованого паралелепіпеда значних розмірів, в якому повітря знаходиться в спокійному стані, чим забезпечуються умови, при яких α=5...7 Вт/(м2·К) і tm — const.
Вимірювання температури середовища і обох термостатах виробнику допомогою зразкових ртутних термометрів 2, встановлених на кришках термостатів. Ціна ділення шкали термометра повинна бути 0,1°С.
5. Проведення досвіду
Після вивчення справжнього опису, підготовки журналу спостережень і ознайомлення з дослідною установкою необхідно перевірити правильність включення потенціометра. Підготовка потенціометра до роботи повинна включати:
1. Перевірка і установка стрілки гальванометра коректором на нуль.
2. Підключення термопари до затисків (X).
3. Перемикач "Рід роботи" встановити в положення "потенціометр".
4. Перемикач меж вимірювань Э.Д.С. встановити залежно від очікуваної напруги 100, 50 або 25 MB відповідно в положення "х2","х1" або "х0,5".
5 Перевести тумблер живлення в положення "Живлення ВКЛ"
6.Провести установку (контроль) робочого струму потенціометра, для чого.
- встановити перемикач в положення "К";
- встановити стрілку гальванометра "0" обертанням рукояток "ГРУБО" і "ТОЧНО" реостата "РОБОЧИЙ СТРУМ", спочатку при натиснутій кнопці "ГРУБИЙ", і потім при натиснутій кнопці "ТОЧНИЙ".
7. Провести вимірювання, для чого:
- встановити перемикач в положення "И";
- встановити стрілку гальванометра "0" обертанням рукояток секційного перемикача і реохорда спочатку при натиснутій кнопці "ГРУБИЙ", а потім при натиснутій кнопці "ТОЧНИЙ"; значення зміряної напруги в мілівольтах буде рівне сумі свідчень шкал секційного перемикача і реохорда, помноженою на множник, встановлений на перемикачі меж потенціометра.
8. Вимкнути живлення.
Надмірна температура визначається по значенню ТЕРМО- ЕРС за допомогою градіровочної таблиці (див. прил. ПЗ).
Включивши електронагрівач водяної лазні, доводять температуру води в ній до кипіння і занурюють у воду дослідний зразок і другому спай термопари Через невеликі проміжки часу вимірюють надмірну температуру Зразка і якщо вона стає рівною нулю, то досвідчений образний з лазні переносять в термостат. З цієї миті починається основний досвід.
Процес охолоджування зразка триває з моменту занурення його в термостат до настання повної теплової рівноваги між середовищем термостата і зразком. Протягом цього періоду через малі проміжки часу проводиться запис свідчень потенціометра. Відлік часу проводиться за допомогою секундоміра.
Описаний порядок роботи проводиться спочатку у водяному, а потім аналогічним чином в повітрі термостатах.
Дослідний зразок і вільний спай термопари у водяній лазні і в термостатах розміщують так, щоб вони повністю були покриті рідиною і не стосувалися стінок судини.