- •С.Б. Шевцова определение тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима
- •Из (3.5) следует, что
- •При малых значениях числа Вi темп охлаждения m оказывается прямо пропорционален коэффициенту теплоотдачи α и обратно пропорционален теплоемкости образца с:
- •4. Схема установки
- •5. Описание установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Данные установки
- •8. Обработка результатов измерений
- •10. Вопросы для самоконтроля
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
- •9. Содержание отчета о работе
- •Шевцова Светлана Борисовна определение тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима
- •404110, Г. Волжский, пр. Ленина, 69.
- •404110, Г. Волжский, пр. Ленина, 69.
Из (3.5) следует, что
.
(3.6)
Таким образом, темп нагревания (охлаждения) характеризует относительную скорость изменения избыточной температуры в любой точке тела в единицу времени. Независимость координат этой точки от времени называется регулярным режимом.
Для регулярного режима из уравнения (3.5) легко получить
,
(3.7)
где
– постоянная.
Зависимость логарифма избыточной температуры от времени прогрева для любой (произвольной) точки в теле представлена на рис. 1.
Рис.
1. График
(1 – 2) – линейный участок, соответствующий регулярному режиму
Для 0 < τ < τ1 имеем переходный режим. Распределение температур в теле определяется начальными условиями и описывается рядом (3.4).
Для τ1 < τ < ∞ начальные условия не влияют на распределение температур в теле. При этом темп нагревания (охлаждения) для любой точки в теле одинаков. Следовательно, темп нагревания (охлаждения) численно равен тангенсу угла наклона прямой (1 – 2) к оси абсцисс и рассчитывается по формуле
.
(3.8)
Теория регулярного режима, разработанная Г.М. Кондратьевым, позволяет по темпу нагревания (охлаждения) определять теплофизические свойства тел (температуропроводность, теплопроводность, теплоёмкость), а также коэффициент теплоотдачи α.
Условия
теплообмена тела с окружающей средой
определяет число Био
:
,
(3.9)
где – коэффициент теплоотдачи между поверхностью тела и окружающей средой; – коэффициент теплопроводности материала образца; – характерный размер образца.
При малых значениях числа Вi темп охлаждения m оказывается прямо пропорционален коэффициенту теплоотдачи α и обратно пропорционален теплоемкости образца с:
,
(3.10)
где
– площадь поверхности тела.
При интенсивном теплообмене с окружающей средой Вi < ∞ темп нагревания (охлаждения) прямо пропорционален коэффициенту температуропроводности а и обратно пропорционален коэффициенту формы тела К:
.
(3.11)
Для цилиндрического образца конечных размеров коэффициент формы рассчитывается по формуле
м2
(3.12)
где
– радиус цилиндрического образца; h
– высота цилиндрического образца.
4. Схема установки
Схема экспериментальной установки для определения тепловых свойств твердых тел методом регулярного режима приведена на рис. 2.
Рис. 2
1 – корпус термостата с изоляцией 8 – спаи термопар
2 – жидкость термостатирующая 9 – термометр контактный
3 – стакан 10 – термометр лабораторный
4 – образец медный 11 – нагреватель
5 – ампула стальная 12 – мешалка
6 – вещество исследуемое 13 – блок управления
7 – пробирка 14 – вольтметр цифровой В7-38
