Пример выполнения лабораторной работы и обработка результатов экспериментального исследования

Контрольные опыты по экспериментальное определение степени черноты тонкой молибденовой проволоки и зависимости значения степени черноты исследуемого образца от температуры проводились на трех режимах. При проведении эксперимента на исследуемый образец подавалось напряжение U: 1,374; 2,647 и 8,399 В. Опытные данные, полученные с помощью контрольно-измерительных приборов в процессе эксперимента, представлены в табл. 8.3.

Таблица 8. 3

Данные примера контрольного опыта по исследованию

лучистого теплообмена

Наименование величины	Номер опыта
	1	2	3
Напряжение, подводимое к молибденовой нити U, В	1,374	2,647	8,399
Сила тока, проходящего через образец I, А	0,794	1,213	2,560
Длина молибденовой нити l, м	0,1	0,1	0,1
Диаметр молибденовой нити d105, м	5,0	5,0	5,0
Температура воды на входе в калориметр tвх, 0С	15,82	15,83	16,32
Температура воды на выходе из калориметра tвых, 0С	17,12	16,83	17,52

Обработка опытных данных начинается с определения температуры поверхности исследуемого образца t₁, которая определяется по эмпирической зависимости [2]

, (8.6)

где R_t – электрическое сопротивление образца, Ом, R_t = U/I.

Первый опыт: R_t = U/I = 1,374/0,794 = 1,73 Ом;

или T₁ = 1893 К.

Второй опыт: R_t = U/I = 2,647/1,213 = 2,18 Ом;

или T₁ = 2283 К.

Третий опыт: R_t = U/I = 8,399/2,560 = 3,28 Ом;

или T₁ = 3237 К.

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени нагретой молибденовой нитью, по которой проходит электрический ток, определяется по закону Джоуля-Ленца

. (8.7)

Так как в сосуде, в котором находится исследуемый образец, создан вакуум (остаточное давление воздуха в сосуде не превышает 10^-5 мм рт. ст.) можно считать, что нагретая проволока передает тепло стенкам сосуда только излучением

.

При этом для контрольного исследования значение теплового потока, передаваемого за счет лучистого теплообмена, составит:

Первый опыт:

Второй опыт:

Третий опыт:

Температура тепловоспринимающей поверхности определяется как средняя температура охлаждающей поверхность воды

или .

Первый опыт: или T₂ = 290 К.

Второй опыт: или T₂ = 289,5 К.

Третий опыт: или T₂ = 290 К.

В связи с тем, что площадь тепловоспринимающей поверхности (поверхности внутренней полости калориметра) значительно больше площади наружной поверхности исследуемого образца (молибденовой проволоки) F₂  F₁, значение приведенной степени черноты системы ε_1,2, исходя из соотношения (5), можно принять равной значению степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁

.

При этих условиях, исходя из соотношения (4), степень черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ может быть определена по формуле

, (8.8)

где F₁ – площадь наружной поверхности молибденовой нити,

.

При этом для контрольного исследования степень черноты наружной поверхности молибденовой нити принимает значения:

Первый опыт: .

Второй опыт: .

Третий опыт: .

По результатам обработки опытных данных заполняется таблица 8.4.

Таблица 8. 4

Характеристики контрольного опыта по исследованию лучистого теплообмена, полученные расчетным путем

Наименование величины			Номер опыта
			1	2	3
Средняя температура поверхности исследуемого образца		, 0С	1620	2010	2964
		, К	1893	2283	3237
Тепловой поток, передаваемый за счет лучистого теплообмена,			1,093	3,211	21,50
Средняя температура тепловоспринимающей поверхности	, 0С		16,5	16,3	16,9
	, К		290	289,5	290
Степень черноты наружной поверхности молибденовой нити			0,096	0,132	0,220

Как показывают результаты экспериментального исследования, с ростом температуры наблюдается рост степени черноты наружной поверхности молибденовой проволоки, что подтверждается и в литературных источниках [3]. Далее в программе Exel произведем обработку данных и получим эмпирическую зависимость значений степени черноты от температуры. Так для данных примера была получена зависимость степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ от температуры образца Т₁

. (8.9)

и результаты расчетов представлены в виде графика (рис. 8.2) построенного в Exel с линией тренда, степенью приближения, уравнением, соотношение (8.9) описывает опытные данные с точностью  1 %.

Рис. 8.2. Зависимость степени черноты наружной поверхности молибденовой нити ε₁ от температуры образца T₁

Форма отчетности.

1. Краткое описание лабораторной работы. Цель, задачи.

2. Схема установки рис.8.1..

3. Результаты измерений и расчетов.Табл.8.1, 8.2, график типа рис.8.2.

4. Анализ результатов и выводы.