Требования к образцам для испытаний на теплопроводность

на ИТП МГ4 «100»

1.Сущность метода заключается в создании теплового потока, направленного перпендикулярно к наибольшим граням плоского образца определённой толщины, и измерении поверхностной плотности теплового потока и температур на противоположных гранях образца.

2.Температура лабораторного помещения должна быть 22±5 ⁰С.

3.Перед испытанием образцы необходимо выдержать не менее
1 часа при температуре лабораторного помещения.

4.Образцы для определения λ изготавливаются в виде пластины размером в плане 100´100 мм и толщиной от 15 до 30 мм.

Отклонения размеров образцов в плане не должны превышать
±1 мм. Образцы материалов с λ < 0,1 Вт/(м∙К) должны иметь толщину не более 20 мм.

5.Разнотолщинность и отклонение от плоскостности наибольших граней образцов не должны превышать 0,5 мм.

6.Толщину образца измеряют штангенциркулем в четырёх углах на расстоянии 50 мм от вершины угла и посередине каждой стороны.

За толщину образца принимают среднее арифметическое значение результатов всех измерений.

7.Образцы сыпучих материалов помещают в рамку, изготовленную из пластмассы или стеклотекстолита.

Сыпучий материал засыпают с излишком в рамку, установленную на нижнюю плиту нагревательной установки (измерительной ячейки). Материал разравнивают, а излишки удаляют при помощи линейки.

Инструкция по эксплуатации ИТП МГ4 «100»

1. Штангенциркулем измеряют толщину образца исследуемого материала и устанавливают образец в тепловую установку. Для этого:

- ослабляют прижимной винт и, освободив защёлку, отводят в сторону подвижную Г-образную стенку измерительной ячейки установки;

- отводят в сторону верхнюю плиту установки и чистой сухой ветошью протирают поверхности верхней и нижней плит, прилегающих к образцу;

- устанавливают образец в измерительную ячейку и укладывают на него верхнюю плиту;

- закрывают Г-образную стенку установки, пропустив наконечник перекладины в отверстие стойки подвижной Г-образной стенки и зафиксировать её защёлкой;

- доворачивают прижимной винт до направляющей верхней плиты и с небольшим усилием вручную заворачивают прижимной винт, зажимая образец между плитами установки.

2. Проверяют заземление прибора и подключают тепловую установку к электронному блоку и далее к сети переменного тока напряжением 220 В. На задней стенке тепловой установки нажимают кнопку «Пуск»

3. На электронном блоке нажимают красную кнопку. Блок заработает, и на его экране начнёт мигать надпись «Измерение».

Нажимают кнопку «Режим» и далее кнопку «Ввод». На экране начинает мигать указатель толщины помещенного в измерительную ячейку образца «Н =». Далее, нажимая кнопки со стрелками «­» или «¯», устанавливают в миллиметрах толщину образца с точностью до десятых долей миллиметра, например «Н = 24,2», далее нажимают кнопку «Ввод».

На экране начинает мигать показатель температуры «холодной» стороны образца в градусах Цельсия, например, «Т_Х = 22,5», нажимают кнопку «Ввод». На экране начинает мигать показатель температуры «тёплой» стороны образца в градусах Цельсия, например, «Т_Н = 24,6», нажимают кнопку «Ввод». После этого надо нажать кнопку «Пуск».

4. После нажатия кнопки «Пуск» начинается формирование установившегося теплового потока через исследуемый образец. При этом происходит соответствующее понижение температуры «холодной» стороны образца на несколько градусов и соответствующее повышение температуры «тёплой» стороны образца также на несколько градусов.

5. Эксперимент по определению образца начинается после формирования установившегося теплового режима и продолжается примерно 30…40 минут. По завершении процесса измерения на экране высвечиваются величины λ и термического сопротивления образца R_Т.

 

Порядок выполнения работы

 

1. После получения от преподавателя образца материала для эксперимента определить его соответствие требованиям, предъявляемым к образцам для испытаний на приборе ИТП МГ4 «100».

Название материала и толщину образца занести в табл.4.

2. Образец поместить в измерительную ячейку тепловой установки. Далее, следуя инструкции по эксплуатации ИТП МГ4 «100», запустить прибор в работу.

Таблица 4

Результаты экспериментального определения коэффициента
теплопроводности материала

 

№ п/п	Название материала	Толщина образца d, мм	Время, с	Коэффициент теплопроводности материала l, Вт/(м∙К)	Термическое сопротивление образца RT, м2∙К/Вт
установления стационарного теплового режима	определения l

 

В ходе эксперимента зафиксировать время установления стационарного теплового режима и время определения λ и на этом режиме.

Полученные данные занести в соответствующую графу табл.4.

 

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы

1.1.Что такое теплообмен?

1.2.Что такое кондуктивный теплообмен и как при нём происходит передача тепла?

1.3.Что такое конвективный теплообмен и как при нём происходит передача тепла?

1.4.Как происходит передача тепла при лучистом теплообмене?

1.5.Что связывает между собой основной закон теплопроводности? Для какого теплового режима он справедлив?

1.6. Что такое коэффициент теплопроводности? Его физический смысл и размерность в системе СИ.

1.7.Раскрыть понятие теплового потока. В каких единицах он измеряется в системе СИ?

1.8.Что означает выражение «коэффициент теплопроводности горной породы равен l = 4 Вт/(м × К)»?

1.9.Что характеризует коэффициент температуропроводности? В каких основных единицах системы СИ он измеряется?

1.10. Если в технической системе единиц коэффициент теплопроводности l = 4 ккал/(час × град), то какова будет его величина в основных единицах системы СИ?

1.11.Какие вещества имеют наибольший и наименьший коэффициенты теплопроводности? Что этому способствует?

1.12.Почему при увеличении пористости твёрдых веществ, например горных пород, их λ уменьшается, а при увеличении влажности – увеличивается?

1.13.Какие твёрдые материалы можно отнести к теплоизоляционным материалам?

1.14.Раскрыть понятия удельного термического сопротивления материала и термического сопротивления слоя материала . Как они связаны между собой и с коэффициентом теплопроводности этого материала?

1.15.Какие теплофизические характеристики материалов можно экспериментально определять методами стационарного (установившегося) теплового режима?

1.16.Зачем в установках для определения λ веществ методом стационарного теплового режима необходимо наличие нагревателя и «холодильника»?

1.17.Назовите недостатки стационарных методов исследования λ твёрдых материалов.

1.18.Раскройте сущность метода плоского слоя определения λ твёрдых материалов.

1.19.Для каких твёрдых веществ применяются методы цилиндрического и сферического слоя? Почему?

1.20.В чём заключается принцип измерения λ и твёрдых материалов на приборе ИТП МГ4 «100».