4. Метод вимірювання

В ідносний метод вимірювання ступеня чорноти тіла ґрунтується на використанні двох еталонний зразків, ступені чорноти яких відомі заздалегідь. При цьому зразок що досліджується і еталонні повинні мати однакову геометрію і площу. Зразки розташовують перпендикулярно дії теплового потоку опромінення q

(рис. 4.5). Умови опромінення зразків мають бути однакові.

Рисунок 4.5. Умови вимірювання ступеня чорноти тіла відносним методом: 1 - досліджуемий (сірий), і еталонні зразки (білий і чорний), 2 – джерело опромінення.

Р озглянемо теплообмін між джерелом опромінення і зразками. Для кожного зразка можна скласти рівняння теплового потоку опромінення аналогічно рівнянню (4.6). Тепловий потік приводить до нагрівання зразка. Кінцева температура зразка стає сталою коли кількість тепла, яке потрапляє до зразка шляхом опромінення стає рівним кількості тепла, яке витрачає зразок в довкілля шляхом конвекції. Тому температуру кожного і - го зразка можна обчислити з рівняння теплового балансу:

(4.8)

де _і - коефіцієнт тепловіддачі поверхні зразка.

Таким чином, кінцева температура зразка залежить від його ступеня чорноти, коефіцієнту опромінення, коефіцієнту тепловіддачі поверхні, температури джерела опромінення і температури повітря:

Т_і =ƒ(_пі ,_і ,₁ , Т_{джерела} , Т_{повітря})

Відносний метод визначення ступеня чорноти зразка що досліджується ґрунтується на вимірюванні температури зразків за умов теплової рівноваги і розв'язанні системи рівнянь типу (4.9), складеної для досліджує­мого і еталонних зразків відносно невідомого ступеня чорноти досліджує­мого зразка.

(4.10)

де індекс х відноситься до зразка що досліджується, індекси 0 і 1 - відповідно до «білого» ( ~ 0) і «чорного» ( ~ 1) зразків.

Точне розв'язання такої системи неможливе. Але з задовільною для практичних потреб точністю розв'язанням системи (4.10) можна вважати рівняння:

(4.11)

де _х - ступінь чорноти зразка що, t₀,t₁,t_x - температури відповідно «білого» ( ~ 0), «чорно» ( ~3) і зразка що досліджується.

Таким чином, якщо виміряти рівноважні за умов опромінення температури зразків, можна за рівнянням (4.11) обчислити ступінь чорноти до­сліджуємого зразка.

5. Експериментальна установка

Експериментальна установка (рис. 4.6.) складається з досліджуємого 1 і двох еталонних 2,3 зразків розміром 15х100 мм.

Рисунок 4.6. Схема експериментальної установки: 1 – зразок що досліджується, 2,3 - еталонні зразки («білий» і «чорний»), 4 - джерело опромінення,

5 - термодатчики, 6 - пристрій для вимірювання температури.

Поверхню еталонних зразків оброблено для надання відповідного ступеня чорноти. Зразки розташовані в одній площині, перпендикулярно до дії теплового потоку опромінення. Джерело теплового потоку опромінення 4 виконано у вигляді електричної лампи розжарювання циліндричної форми. Термодатчики 5 розташовані на зворотній поверхні зразків. Термода­тчики можуть бути послідовно ввімкненими до вимірювального пристрою 6 для вимірювання температури зразків.

б. Порядок проведення експерименту.

Перед проведенням експерименту необхідно ознайомитися з лабораторним обладнанням, порядком проведення роботи, правилами техніки безпеки і доповісти викладачу про готовність до експерименту.

Експеримент проводять в такій послідовності:

1. Вмикають тумблер «Живлення» лабораторної установки.

2. Послідовним ввімкненням відповідних тумблерів термодатчиків

вимірюють температуру еталонних t₀ ,t₁ і t_x зразка що досліджується.

3. Вмикають тумблер «Нагрівач» лабораторної установки.

4. Через кожну 1 хвилину до встановлення сталих температур вимірюють температуру зразків згідно п.2.

5. Вимикають тумблер «Нагрівач» і «Живлення» установки.

6. Результати вимірювань оформляють в таблицях 4.2 і 4.3.

Таблиця 4.2. Характеристики об'єкта досліджень.

Характеристика	Значення
Матеріал зразка що досліджується
Ступінь чорноти першого еталонного зразка, 0	0.06
Ступінь чорноти другого еталонного зразка, 1	0.98

Таблиця 4.3. Результати вимірювання температур зразків.

№	Час від початку експерименту , с	t 0 , °С	t 1 , °С	t x , °С
1.	0
2.	60
3.	120
4.	180
5.	240
6.	300
7.	360
8.	420
9.	480
10.	540
11.	600

7. Порядок обробки результатів експерименту

Обчислюють ступінь чорноти зразка в такій послідовності:

• Будують графіки зміни середньої температур зразків з часом.

• За допомогою графіка визначають, чи досягнуті рівноважні умови теплообміну між джерелом опромінення і зразками.

• Користуючись даними таблиці 4.3. обчислюють ступінь чорноти до-спіджуємого зразка для умов рівноважного теплообміну за рівнянням:

• Результат порівнюють з ступеню чорноти досліджуємого зразка, наведеною в таблиці 4.1.