13.4 Тәжірибенің қатесін бағалау

Өлшенген өлшемдердін салыстырмалы қателігі мына формуламен анықталады:

(13.6)

мұнда – ∆ өлшелген қажетті шамалардың абсолютті қателігі;

λ- орташа мәні үшін орташа арифметикалық қателік есептеледі.

13.5 Зертханалық жұмыствң есебін толтыруға қойылатын талаптар

Есеп А4 форматтағы беттерде жазылады және титулдық бетпен рәсімделеді. Аралық есептеулер нәтижелері есепке енгізілмейді.

Есепке кіретіндер:

4.5.1 Зертханалық жұмыстың атауы;

4.5.2 Жұмыстың мақсаты;

4.5.3 Тәжірибелік қондырғының сұлбасы және оның сипаттамасы;

4.5.4 Тәжірибеніңорындалу тәртібі;

4.5.5 Тәжірибелік нәтижелерді өндеу;

4.5.6 Тәжірибелік және есептік нәтижелер кестесі;

Қорытынды.

4.6 Қауіпсіздік техникасының негізгі талаптары

Зертханалық жұмысты орындау барысында техникалық қауіпсіздікке қойылатын келесі негізгі талаптары:

4.6.1 Қондырғыны қоспай тұрып, ток өткізетін элементтерді толық тексеру керек;

4.6.2 Тоққа соғылуды және күйіп қалуды болдырмау үшін, жұмыс кезінде ток өткізетін элементтерге, металл бөлшектерге жақындамау керек;

4.6.3 Бір жердің ақауын байқасаңыз, өзіңіз оңдауға ұмтылмай, құрылғыны тоқтап ажыратып, жүргізушіге ескерту керек;

4.6.4 Жұмыс бітісімен құрылғыны ток көзінен айыру керек.

Бақылау сұрақтары:

1. Жылуөткізгіштік дегеніміз не?

2. Конвекция дегеніміз не?

3. Сәуле шығару (сәулелену) дегеніміз не?

4. Фурье заңының анықтамасын берініз?

5. Жылуөткізгіштік коэффициенті нені сипаттайды және неге тең?

6. Температуралық өріс дегеніміз не?

7. Температура градиенті дегеніміз не?

8. Жылу ағынының қуаттылығы дегеніміз не?

Әдебиеттер:

1. Жуковский В.С. Основные теории теплопередач / В.С. Жуковский. – М.: Энергия, 1969.- 224 с.

2. Зубарев В.Н. Практикум по технической термодинамике / В.Н. Зубарев, А.А. Александров.- М.: Энергия, 1986.-303 с.

3. Кабашев Р.А. Жылу техникасы / Р.А. Кабашев, А.К. Кадырбаев, А.М. Кекилбаев. – Алматы.: Бастау, 2008.-425 б.

4. Лариков Н.Н. Общая теплотехника / Н.Н. Лариков. – М.: Стройиздат, 1975.-559 с.

5. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача / В.В. Нащокин. - М.: Высшая школа, 1975.- 496 с.

№14 Зертханалық жұмыс. Қатты дененің сәуле шығару коэффициентін анықтау

Жұмыстың мақсаты: Қатты дененің тәжиребе жүзінде сәуле тарату коэффициентін анықтау, шыққан нәтижені кестедегі нәтижелермен салыстыру.

14.1 Жалпы мағлұматтар

Барлық заттар жоғары температураға дейін қыздырылғанда жарқырайды. Мысалы егерде қатты денені мықтап қыздырғанда ол алдымен қызыл түсті шығарады. Көпшілік заттар өте қатты қыздырғанда буланады немесе өзінің химиялық құрамын өзгертеді бірақта жарқырауын жалғастырады. Кейбір заттар қатты қызғанда ақ түсті шығарады.

Қыздырылған заттармен шығаратын сәулеленуді жылумен сәуле тарату деп айтады.Әр бір қыздырылған зат жылумен сәуле таратудың көзі болады, бірақта жылумен сәуле тарату тек қана жоғары температурада пайда болмайды, бұл бөлменің ішіндегі және оданда төмен температурада болу мүмкін. Температура төмендеген сайын сәуле шығарудың қарқындығы нашарлайды және оның спектралды құрамы өзгереді.

Төмендеу температурада негізінде қызыл түс шығарылады және көзге көрінбейтін инфрақызыл сәулелер олардың ұзындығы 0,8 ден 80 мкм дейін аралығында болады. Осы сәулелер температурасы төмен денеге тигенде оны қыздырады.

Әрбір қызып тұрған дене жылумен сәулеленуді шығарадыда сонымен сініреді.

Толқындар ұзындығын өлшеу үшін келесі өлшем бірліктерді колданады:1 мкм (микрометр)= 10^-6 м;1нм (нанометр)=10^-9 м.

Сәулеленумен жылу алмасу- бұл электрмагнитті толқындар түрінде жылуды тасымалдау процесі. Жылуалмасудың осы түрі үш этаппен жүзеге асады:

- ен алдымен заттың ішкі энергиясы сәулелену энергиясы өзгереді;

- сәулелену энергиясы кеністікте таралады;

- сәулелену энергиясы қайтадан жылуға ауысады, яғни сәуле ағынын сіңіретін заттың ішкі энергиясына .

Жылумен сәуле тарату толқын ұзындығы λν сипатталады. Кеністікте толқындар таралу жылдамдығы жарық жылдамдығына тен, яғни с=3∙10⁸м/с.

Толқын ұзындығы, таралу жылдамдығы және тербеліс жиілігі өзара мына байланыста болады:

ν = с/λ (14.1)

Барлық заттардың сәулеленуі температураға, заттың табиғатына, беттік күйіне тәуелді, ал газдар үшін сонымен қатар қабат қалындығымен қысымғада байланысты болады.

Көпшілік қатты және сұйық заттар толқын ұзындығының барлық диапазондарында энергияны шығарады, ал таза металдар мен газдар энергияны тек қана бір белгілі интервалда шығарады оны селективтік сәуле тарату деп атайды.

Дененін бірлік бетінен барлық бағыттарына қарай бүкіл толқын ұзындығында шығарылатын жылу ағының интегралды сәуле тарату ағынының беттік тығыздығы деп атайды, Е әріпімен белгіленеді және өлшем бірлігі Вт/м².

Жарық пен жылумен сәуле таратудын табиғаты бірдей және өзара жалпысыда көп.

Денеге түсетін сәулелену энергиясының бір бөлігі денемен жұтылады Е_А, бір бөлігі шағылады Е_R, ал бір бөлігі одан өтіп кетеді Е_D.

Осыдан:

Е_ПАД= Е_А+ Е_R+ Е_D; [Вт/м²] (14.2)

А= Е_А /Е_ПАД;

R= Е_R / Е_ПАД;

D= Е_D/ Е_ПАД (14.3)

(14.2) формуладан А + R + Д = 1, дененін қабілеттілігінің қосындысы бірге тең. Егерде А =1 денені абсолютті қара дейді, R=1 денені абсолюттік ақ дейді, ал диатермиялық немесе абсолюттік мөлдір денелерге Д = 1.

Табиғатта осындай денелер болмайды, осы түсінікті жылу процестерін оқып білу үшін пайдаланады. Көпшілік қатты денелер мөлдір болмайды, сондықтан олар үшін Д = 0 және А + R = 1. Газтәрізді заттар жылуды шағылыстырмайды, сондықтан олар үшін R = 0 и А + Д = 1.

Сіңіру коэффициенті 0<А<1 аралығында және сіңіру қабілеттілігі түсетін толқын ұзындығына тәуелді болмайтын денелерді сұр деп атайды.

Дененің меншікті сәулеленуімен және денеден шағылысатын сәулеленудің қосындысын тиімділік сәулелену деп атайды:

Е_ЭФ= Е+ R∙Е_ПАД (14.4)

Сәулеленудың негізгі заңдары.

Шексіз кіші толқын ұзындығы интервалында сәулелену ағынының тығыздығы шығаратын осы интервал мөлшеріне қатынасын спектралды сәулелену ағын тығыздығы деп аталады:

I= dE/dλ;[Вт/м³] (14.5)

Планк заңы. Абсолюттік қара дене үшін спектралды сәулелену ағын тығыздығы I_λ0 толқын ұзындығына λ және дененің абсолюттік температурасына тәуелді

;[Вт/м³] (14.6)

мұнда С₁= 3,74∙10^-16 Вт/м, және С₂= 1,44∙10^-2 м∙К – сәулелену тұрақтысы, е- натуралды логарифм негізі.

- толқын ұзындығы;

Т – дененің абсолютті температурасы.

Вин заңы.I_λ0 максималдық мәніне жететін толқын ұзындығымен абсолюттік температурасының көбетіндісі тұрақты мөлшер:

λТ= 2,896∙10^-3 (14.7)

Стефана – Больцмана заңы. Абсолютті қара дененің сәулелену қабілеті төртінші дәрежелі температураға пропорционалды болады:

, [Вт/м²] (14.8)

мұндаσ₀= 5,67∙10^-8 Вт/м²∙К⁴ –Стефан – Больцман тұрақтысы (абсолютті қара дененің сәуле тарату тұрақтысы).

14.1 суретте 2 байланысы графикалық бейнеленген. Штрихталған аудан сәуле тарату энергиясының көрінетін спектрін көрсетеді. Сәуле тарату көрінетін энергиясы өте кіші.

14.1Сурет. М.Планк заңына.

Техникалық есептеу үшін Стефан – Больцман заңын мына түрде жазылады:

[Вт/м²] (14.9)

мұндаС₀=5,67 Вт/м²∙К⁴– абсолютті қара дененің сәулелену коэффициенті.

Жер жүзінде кездесетін нақты қатты денелер, абсолютті қара денеге жатпайды, сондықтан олардың сәулелену коэффициенті қара дененің сәулелену коэффициентіне қарағанда төмен болады.

Практикада кездесетін денелер абсолютті қара денемен салыстырғанда температуралары бірдей болғанда сәулеленумен жылу энергиясын азырақ шығарады.

Белгілі дененің бетінің меншікті интегралды сәулелену ағын тығыздығының Е сол температурадағы абсолютті қара дененің бетінің меншікті интегралды сәулелену ағын тығыздығына қатынасын εжылулық сәуле тарату коэффициенті немесе қаралық дәрежесі деп атайды.

ε= Е/Е₀ (14.10)

Нақты дене үшін бұл заң мына түрдеболады:

(14.11)

мұнда С=ε∙С₀-сұр дененің сәулелену қабілеттілігі, өлшем бірлігі

[Вт/( м²∙К⁴)];

ε – нақты дененің қаралық дәрежесі.

Нақты дененің қаралық дәрежесі нақты дененің сәуле шығару қабілетінің абсолютті қара дененің сәуле шығару қабілетіне қатынасын көрсетеді. Әр түрлі денелерге қаралық дәрежесі материалға, беттін күйіне, температураға тәуелді және 0<ε<1 аралығында өзгереді.

Кирхгоф заңыдененің сәуле шығаруы мен сіңіру қабілеттілігінің байланысын белгілейді оның тұжырымдамасы: барлық денелердің сәуле шығару қабілеттілігінің сіңіру қабілеттілігіне қатынасы бірдей болады және сол температурадағы абсолютті қара дененің сәуле шығару қабілеттілігіне тең болып тек қана температураға тәуелді болады.

Е/Е_А= А (14.12)