4. Метод вимірювання

Відносний метод вимірювання коефіцієнту теплопровідності грунтує­ться на дослідженні розподілу температур між окремими теплопровідни­ми шарами. При цьому використовують еталонний (зразковий) матеріал, для якого коефіцієнт теплопровідності відомий заздалегідь. Зразки ета­лонного А і досліджуваного В матеріалів - це пластини товщиною відпо­відно dx_A і dx_В які щільно прилягають одна до одної. Зразки розташо­вують перпендикулярно дії теплового потоку нагрівача q.

Розглянемо проходження тепла через пластинку, яка складається з двох шарів і має незначну товщину, що дає змогу знехтувати втратами тепла через бокові поверхні (рис. 2.2). Тепловий потік густиною q підводиться через поверх­ню зразка А, проходить крізь обидва зразка і виводиться через поверхню зразка В в навколишнє середовище. Таким чином і через еталонний і досліджуємий зразок проходить однаковий тепловий потік густиною q.

Рис. 2.2. Розподіл температур між еталонним та досліджуємим зразками.

Вважаємо, що в середині кожного шару температура змінюється за лінійним законом і коефіцієнт теплопровідності не залежить від температу­ри. Таке припущення правомірне при малій товщині шару і невеликій різ­ниці температур на його границях. У стаціонарному режимі розподіл тем­ператур у еталонному та досліджуємому матеріалах лінійний і сталий, те­плові потоки - однакові. Тому для кожного шару (пластинок) рівняння теп­лопровідності можна записати згідно рівняння 2.2. у вигляді:

,

(2.4)

де _А і _В - коефіцієнти теплопровідності відповідно еталонного і досліджуємого зразка: ∆t_A і ∆t_B - відповідні перепади температури.

Якщо відомий коефіцієнт теплопровідності еталонного зразка, мож­на визначити коефіцієнт теплопровідності досліджуємого зразка, вимірявши товщину зразків і визначивши експериментально відповідні перепа­ди температур:

, (2.5)

5. Експериментальна установка

Експериментальна установка (рис. 2.3.) складається з еталонного 1 і досліджуємого 2 зразка розміром 200х200 мм. Зразки склеєні між собою. Джерело теплового потоку 3, виконане у вигляді електричної лампи раз-жарювання розташоване збоку еталонного зразка. Термодатчики 4 розташовані на поверхні еталонного зразка з боку джерела теплового потоку, на необогрівній поверхні досліджуємого зразка і між зразками.

Рисунок 2.3. Схема експеримен­тальної установки: 1- еталонний зразок, 2 - досліджуємий зразок, 3 - джерело теплового потоку (електрична лампа розжарювання), 4 - термодатчики, 5 - пристрій для ви­мірювання температури.

6. 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. Вимірюють товщину еталонного і досліджуємого зразків.

2. Вмикають тумблер «Живлення» лабораторної установки.

3. Послідовним ввімкненням відповідних тумблерів термодатчиків вимірюють температуру поверхні еталонного зразка з боку джере­ла теплового потоку t₁, температуру між зразками t₂ і температуру необогріваємої поверхні досліджуємого зразка t₃.

4. Вмикають тумблер «Нагрівач» лабораторної установки.

5. Через кожні 2 хвилини до встановлення сталих температур термо­датчиків вимірюють температуру поверхні еталонного зразка з бо­ку джерела теплового потоку, температуру між зразками і температуру необогріваємої поверхні досліджуємого зразка згідно п.З.

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

7. Результати вимірювань оформляють в таблицях 2.2 і 2.3.

Таблиця 2.2. Характеристики об'єкта досліджень.

Характеристика	Значення
Матеріал еталонного зразка	Текстоліт
Товщина еталонного зразка, ∆xA, м
Теплопровідність еталонного зразка а, Вт/(м о С)	0.27
Матеріал досліджуємого зразка	Кераміка
Товщина досліджуємого зразка, ∆xВ, м

Таблиця 2.3. Результати вимірювання температурного поля в зразках.

№	Час від початку експерименту Т, с	t1, °С	t2, °С	t3, °С	∆tA= t1 - t2 °С	∆tB= t2 – t3 °С
1.	0
2.	120
3.	240
4.	360
5	480
6.	600
7.	720
8.	840
9.	960