Схема и описание установки. Исследуемый материал 1 (рис

Исследуемый материал 1 (рис. 2) нанесен в виде цилиндрического слоя (d₁ = 0,02, м; d₂ = 0,05, м) на наружную поверхность металлической трубы Длина цилиндра тепловой изоляции составляет 1 м, что значительно больше наружного диаметра. Источником теплового потока служит электронагреватель 3, который включен в электрическую цепь через автотрансформатор 4. Для определения мощности теплового потока служат вольтметр 5 и амперметр 6. Для измерения температур на внутренней и наружной поверхностях тепловой изоляции применяются хромель-копелевые термопары 7 и 8 в комплекте с потенциометром 9.

Порядок проведения опыта

1. Проверить состояние всех измерительных приборов. Включив электропитание установки, по указанию преподавателя установить по вольтметру 5 требуемую величину напряжения. Далее в течение всего опыта мощность теплового потока поддерживается постоянной. Таким образом, мощность теплового потока определяется по показаниям вольтметра и амперметра.

2. Через каждые 5 – 10 минут выполняются замеры термоЭДС термопар по потенциометру 9, а затем, пользуясь тарировочным графиком, переводят значения термоЭДС в величины температур, °С (с учетом температур холодных спаев термопар). Результаты измерений заносят в протокол наблюдений (табл. 1).

Таблица 1.

№ п/п	Измеряемая величина	Обозна- чение	Единицы измерения	Номера опытов
	Сила тока	I	а
	Напряжение	U	в
	Температура внутренней поверхности слоя изоляции	t 2	°С
	Температура наружной поверхности слоя изоляции	t 1	°С

3. При достижении стационарного режима, который характеризуется постоянством измеряемых температур на наружной и внутренней поверхностях тепловой изоляции, завершают отсчеты всех измеряемых величин, и единичный опыт считается законченным.

Расчетные формулы и расчеты

1. Все расчеты сводятся к вычислениям коэффициента теплопроводности на основе выражения (3) по формуле

, Вт/(м·^оС).

2. Мощность теплового потока определяется по формуле

, Вт.

3. Средняя температура тепловой изоляции

, ^оС.

4. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.

 

Таблица 2

№ п/п	Расчетная величина	Обозна- чение	Единицы измерения	Номера опытов
	Тепловой поток	Q	Вт
	Средняя температура исследуемого материала	tcр	°С
	Коэффициент теплопроводности исследуемого материала	l	Вт/ (м·оС)

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.

2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Какие величины следует измерять в данной работе, чтобы вычислить коэффициент теплопроводности?

4. Какова физическая сущность передачи тепла теплопроводностью?

5. Сформулируйте понятия: температурное поле, градиент температуры, мощность теплового потока, удельный тепловой поток.

6. Покажите на схеме установки, как направлен вектор теплового потока и градиента температуры.

7. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности и от каких факторов он зависит?

8. Каков характер изменения температуры по толщине плоской и цилиндрической стенок?

9. Какова взаимосвязь между коэффициентом теплопроводности и наклоном температурной кривой по толщине тепловой изоляции?

10. Дайте определение понятию термического сопротивления стенки.

11. Как зависит коэффициент теплопроводности различных веществ (металлов, неметаллов, жидкостей и газов) от температуры? Ответ обосновать.

12. Сформулируйте основной закон теплопроводности. В чем его сущность?

13. Каковы основные трудности тепловых расчетов при переносе тепла теплопроводностью?

14. Как влияет форма стенки на величину её термического сопротивления?