Опис експериментальної установки

Зразок досліджуваного матеріалу, обладнаний термопарою, називається акалориметром. Застосовуються акалориметри кульової, циліндричної і призматичної форми. У даній роботі встановлений акалориметр кульової форми 1, виготовлений з вуглецевої сталі, діаметром 60 мм. На держаку він закріплений за допомогою спеціальних штифтів. Електронагрівник 2 розташований у циліндричному корпусі і може при необхідності відводитись від акалориметра (рис. 2.4).

На поверхні акалориметра встановлена термопара 4, а усередині – друга термопара 3. Обидві термопари хромель-копелеві. Температура оточуючого повітря контролюється термометром 7. ЕРС термопар вимірюється за допомогою цифрового мілівольтметра 5 з цифровою індикацією температури і самокомпенсацією температури холодних спаїв. Моменти вимірювань температури визначаються секундоміром 6.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з описом установки і переконатися в правильності складання і готовності її до дії.

2. Включити електронагрівник.

3. Нагріти акалориметр до 170 ... 180 °С.

4. Виключити і відвести електронагрівник від акалориметра.

5. Включити секундомір і записати температуру однієї з термопар (наприклад, усередині акалориметра).

6. Через 60 с записати температуру на поверхні акалориметра. Через кожні 60 с по черзі записувати температури відповідної термопари, вимірювання проводити до температури 70 ... 80 °С, тому що подальша зміна температури відбувається дуже повільно.

Результати вимірювань занести до протоколу.

Протокол експериментальних даних

Роботу виконав студент _________ групи № ___

D_кулі = 60 мм; r = _______ кг/м³; c = _____ Дж/(кг×К).

Температура навколишнього середовища = ___ °С

№ вимірювань	Час вимірювань, с	Температура усередині акалориметра , °С	Температура на поверхні акалориметра ,°С
1 2 3 … 21	0 60 120 … 1200	* – * … *	– * – … –

Примітка. При проведенні дослідів результати вимірювань записувати у протоколі на місця, відзначені зірочкою (*).

Викладач ___________ (підпис)

Методика обробки експериментальних даних

1. За експериментальними даними будується графік для зовнішньої або внутрішньої термопар і на лінійній ділянці графіка у області регулярного режиму беруться розрахункові точки 1 і 2 (див. рис. 2.1).

2. Визначається за формулою (2.7) темп охолодження.

3. Визначається коефіцієнт температуропровідності, м²/с,

,

де – радіус кулі, м,; – коефіцієнт, що залежить від характеристик середовища, у якому охолоджується тіло (для повітря = 16).

4. Визначається коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м · К),

і порівнюється зі значенням для вуглецевої сталі [1, 3, 6].

5. За дослідними даними будується графік залежності температури зразка від часу =f (t). Для цього температури усередині і на поверхні акалориметра (див. протокол експериментальних даних) осереднюються плавною кривою, що дає наочне уявлення про характер зміни температури кулі при охолодженні (рис. 2.5).

6. На кривій вибираються дві точки 1 і 2 і визначається кількість теплоти, що віддається у процесі охолодження на ділянці 1-2, Дж,

,

де – об'єм кулі, м³, ; і – відповідно температури у точках 1 і 2 кривої, ^оС, які знімають з графіка.

7. Розраховується кількість теплоти , Дж, що віддається кулею випромінюванням за той же період. Для визначення ділянку 1-2 (див. рис. 2.5) розбивається на декілька рівних частин (наприклад, на 10) і розрахунок проводиться у табличній формі. При цьому довжина i-ї частини

с.

8. Визначається середній у процесі охолодження на ділянці 1-2 коефіцієнт конвективної тепловіддачі, Вт/(м² К),

,

де – середня різниця температур у процесі охолодження, К,

;

– площа поверхня кулі, м², .