Поиск:

Изучение зависимости коэффициента теплопроводности газа от давления.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Рассмотрим передачу тепла стенки кругового цилиндра от нити, расположенной по оси цилиндра, через слой газа. Если нить нагревать электрическим током, то через некоторое время устанавливается стационарное состояние, при котором температуры - нити и - цилиндра, неизменны; тогда от нити к цилиндру передается энергия W.

Выберем такой

– участок длины нити, чтобы темпера

Изменение наклона кривых указывает на наличие температурного интервала, в котором происходит выделение теплоты кристаллизации, в отличие от чистого компонента, у которого выделение теплоты кристаллизации происходит при одной строго определенной температуре. В том случае, когда вещества обладают неограниченной растворимостью в жидкой фазе и совсем не растворяются друг в друге в твердой (Bi-Cd; Ag-Pb), они образуют диаграмму с наличием эвтектики (рис. 3). На диаграмме точками а и b обозначены температуры затвердевания чистых веществ А и В. Линия аЕb - температуры начала кристаллизации в зависимости от состава смеси (линия ликвидуса). Точка Е, в которой пересекаются обе кривые кристаллизации, называется эвтектической точкой, а кристаллы, выделяющиеся в ней, называются эвтектикой. Эвтектика представляет собой мелкодисперсную смесь кристаллов чистых компонент.

тура вдоль него была постоянной. При этом величина

зависит oт W и теплопроводности газа. Из уравнения теплопроводности,

следует:

(1) где

– коэффициент теплопроводности,

- градиент температуры,

- площадь поверхности любого цилиндрического слоя длины DL (см. рис. 1)

рис.1 Найдем из уравнения (1)

Интегрируя получим:

Измерив температуры

и зная геометрические размеры прибора и W, можно вычислить коэффициент теплопроводности:

(2) Прибор состоит из длинного стеклянного цилиндра 1

ление характеризуется определенной температурой, являющейся константой данного вещества. В противоположность чистым веществам, многокомпонентные смеси кристаллизуются не при одной температуре, а в некотором интервале температур. Поэтому плавление и кристаллизация сплава данной концентрации характеризуется температурами начала и конца кристаллизации, которые сильно зависят от состава сплава. Для суждения о зависимости температуры кристаллизации расплавов от их состава результаты измерений удобно представить в виде диаграммы состояния. Диаграмма состояния есть графическое изображение изменения равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Очевидно, что внешний вид диаграммы состояния различен для различных комбинаций веществ и будет определяться характером взаимодействия между компонентами сплава. Простейший вид диаграмма состояния имеет в том случае, когда вещества обладают неограниченной растворимостью как в жидкой, так и в твердой фазе. Таким свойством обладают системы Cu-Ni; Ag-Au; Вi-Sb и др. Диаграмма состояния таких сплавов (типа сигары) приведена на рис. 1, где по оси ординат нанесены температуры, а по оси абсцисс - концентрации. Линия аNKb называется линией ликвидуса, линия аМLb - линией солидуса. Выше линии ликвидуса имеется однородная жидкость. Ниже линии солидуса - однородный твердый раствор. Заштрихованная область является областью расслоенияна жидкую и твердую фазы. При построении кривой охлаждения сплава концентрации С видно, что она имеет две критические точки К и М (рис. 2), соответствующие началу и концу затвердевания соответственно.

(рис. 1).

рис.2 Вдоль цилиндра натянута

- тонкая платиновая нить, нагреваемая током от аккумуляторов 2. величину протекающего через нить тока можно регулировать магазином сопротивлений 3 и измерять амперметром 4. Падение напряжения на участке длины

измеряется потенциометром 5. Ток замыкается ключом 6, температура стенки цилиндра измеряется термометром, 8 – клапан, 9 – зажим. Для уменьшения конвекции цилиндр расположен вертикально. Выполнение работы.

определяется по току и падению напряжения на участке нити длины DL.

(3) где

- мощность излучения. При сравнительно невысокой температуре

, поэтому величиной

в формуле (З) можно пренебречь. Температура стенок цилиндра измеряется термометром. Температура нити вычисляется по её сопротивлению

сы жидкости, соответствующее различным токам через катушки. Работу следует проводить при постоянно включенном токе с тем, чтобы избежать колебаний чашек весов. Если ампулка непрозрачна, h следует определять так: взвешивается пустая ампулка и ампулка с жидкостью. Разность масс

где

- плотность жидкости,

– диаметр (внутренний) ампулки,

– высота жидкости. Если L – длина ампулки, то h=L- l.

рис.2 Построение диаграммы состояния системы олово-свинец термическим методом и определение эвтектической точки. Плавление и кристаллизации вещества являются фазовым переходом первого рода и для чистых веществ плав

где

- сопротивление нити при температуре t^°С,

- сопротивление нити при 0^°С,

- термический коэффициент сопротивления. Величины

- постоянные прибора, они указаны на рабочем месте. Цилиндр присоединен к насосу и давление воздуха в нем можно изменять. Давление воздуха в цилиндре измеряется манометрами. Сравнительно большие давления - U - образным ртутным манометром, а малые-компрессионным двух предельным манометром Мак-Леода. Таким образом, k можно определять на интервале давлений от атмосферного до такого давления, при котором средняя длина свободного пробега молекул воздуха сравнима с линейными размерами цилиндра. Последовательность операций. 1. Поставить рукоятку магазина сопротивлений так, чтобы его сопротивление было 99,9 Ома. Это необходимо для того, чтобы не испортить магазин сопротивлений и нить. 2. Включить ключ и, вращая рукоятки магазина, установить ток накала нити равным 150 мА. 3. Измерять потенциометром падение напряжения на

. 4. Закрыть клапан 8 и зажим 9 и включить насос. 5. Приоткрыв клапан 8 на короткое время, немного уменьшить давление в системе и, закрыв клапан 8, измерить падение напряжения на DL, поддерживая величину тока накала равной 150 мА и соответствующее давление в системе. Так измерять в интервале давлении до нескольких торр 5 или 6 раз. 6. Установить ток накала на 100 мА и измерять соот

ампулки,

- плотность насыщенных паров, которая находится по формуле:

где

- молекулярный вес жидкости,

- давление насыщенных паров жидкости при температуре Т. Размеры ампулки могут быть подобны экспериментальным путем. Высота, например, выбирается следующим образом: измеряем D при разных расстояниях h от поверхности жидкости до края ампулки. Начиная с некоторого значения

, D перестает зависеть от h. Для эксперимента, следовательно, можно пользоваться ампулкой, для которой

. С другой стороны, следует помнить, что чем больше высота и меньше диаметр ампулки, тем меньше изменение в массе, поэтому увеличивать высоту и уменьшать диаметр надо в таких пределах, чтобы изменение в массе было не слишком мало. Опыт следует производить при постоянной температуре, поскольку D=D(Т), и избегать конвекции в газе, что достигается плавным взвешиванием на магнитных весах и предохранением установки от толчков. Выполнение работы. Закрытая ампулка с испытуемой жидкостью ставится на правую чашку весов и уравновешивается с помощью разновесов. Снимаем крышку с ампулки и кладем её на ту же чашку. Изменение массы ампулки с жидкостью в результате диффузии уравновешивается в дальнейшем с помощью последовательно соединенных катушек - соленоидов, через которые пропускается ток. Магнитные поля катушек направлены в одну и ту же сторону,что приводит к их взаимному отталкиванию. Имеющаяся градуировочная кривая m(мг), I(мA) позволяет определить изменение мас

ветствующие падения напряжения и давления от нескольких торр до

торр 10-12 раз. Примечание. Малые давления измеряются манометром Мак-Леода при открытом клапане 8. Манометр Мак-Леода имеет два предела измерений для сравнительно больших и малых давлений. Его постоянные