ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ІЗОЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ МЕТОДОМ «ТРУБИ»

де x, y, z – координати точки; τ –час.

Якщо температурне поле не змінюється з чаcом, то воно є стаціонарним, якщо змінюється – нестаціонарним. Крім того, температурне поле може бути одновимірним, двовимірним, тривимірним. Якщо теплота розповсюджується тільки в одному напрямку, то таке температурне поле називають одновимірним, якщо в двох напрямках – двовимірним, якщо в просторі – тривимірним.

Поверхня, в кожній точці якої температура однакова, називається ізотермічною.

Зміна температури у тілі може бути лише в напрямках, що перетинають ізотермічні поверхні, причому найбільш різка зміна температури на одиниці довжини спостерігається в напрямку перпендикулярному до ізотермічної поверхні.

Границя відношення зміни температури  до відстані  між ізотермічними поверхнями по нормалі за умови, що →0, називається градієнтом температури . Градієнт температур є векторна величина, що завжди напрямлена по нормалі до ізотермічної поверхні у бік збільшення температури і чисельно дорівнює частинній похідній від температури по цьому напрямку . За додатний напрямок градієнта обирається напрямок зростання температури:

.

Кількість теплоти, яка переноситься за одиницю часу, називають тепловим потоком або потужністю теплового потоку Q.

Тепловий потік, що проходить через одиницю площі поверхні, називають густиною теплового потоку:

.

Густина теплового потоку є векторною величиною, напрямленою в протилежний бік градієнта температур, оскільки теплота завжди розповсюджується у бік зменшення температури.

Теорію теплопровідності вивчав французький вчений Фур’є, який встановив, що теплова потужність, яка передається теплопровідністю, пропорційна градієнту температури й площі перерізу, перпендикулярному напрямку теплового потоку:

,

або:

,

де λ – коефіцієнт теплопровідності, який показує, як дане тіло проводить тепло.

Сформулюємо фізичний зміст коефіцієнта теплопровідності: це тепловий потік, який проходить через одиницю поверхні при зміні температури на 1 градус на одиниці довжини:

.

Коефіцієнт теплопровідності визначають експериментально і заносять у довідкові таблиці.

Знак «–» в рівнянні Фур'є показує, що вектори густини теплового потоку і градієнта температури напрямлені в різні боки.

Матеріали, теплопровідність яких менша λ< 0,2, називають теплоізоляційними.

Рис. 2.1. Графічна інтерпретація рівняння Фур’є

Експериментальним шляхом встановлено, що коефіцієнт теплопровідності залежить від властивостей речовини (його густини, структури, вологості і т.д.) та параметрів стану (тиску температури). Залежність теплопровідності від температури виражається формулою:

,

де l₀ – значення коефіцієнта теплопровідності l при 0^оС; b – стала, яка залежить від властивостей матеріалу.

Для всіх твердих матеріалів, крім металів, l зростає зі збільшенням температури , для металів – падає.

Із рівняння Фур’є можна одержати формулу для теплового потоку Q, який проходить через циліндричний шар за одиницю часу:

,

де d₁ і d₂ – внутрішній і зовнішній діаметри циліндра (d₁= 5мм, d₂= 35мм); l - довжина циліндра (l =0,5м); t₁ і t₂- температури внутрішньої і зовнішньої поверхонь циліндра.

Опис лабораторної установки

Схема експериментальної установки приведена на (рис.2.2). Вона складається із зовнішньої 3 та внутрішньої 4 трубок, всередині внутрішньої трубки розміщений електричний нагрівач 1 (ніхромова спіраль).   Простір   між   зовнішньою   та   внутрішньою   трубками

Рис. 2.2.

заповнений ізоляційним матеріалом (у нашому випадку піском). Для регулювання і вимірювання потужності електронагрівача у його коло включені реостат 9, амперметр 5 і вольтметр 6.

Вимірювання падіння температури в ізоляційному шарі здійснюється диференційною термопарою 7 і мілівольтметром 8.

Порядок виконання роботи

1. Включити установку в мережу 220 В.

2. Встановити необхідну силу струму і напругу. У стаціонарному режимі записати показники усіх приладів.

3. Падіння температури визначити за градуювальним графіком термопари або за таблицею 2.

4. Дослід повторити 3 рази при різних теплових режимах.

5. Результати вимірювання записати до таблиці 1.

Таблиця 1

№ п/п	Нагрівач		Падіння температури		Розміри трубки
	U, B	I, A	E, мВ	t, °C	d1, (м)	d2, (м)	l,(м)
1.
2.
3.

Мы поможем в написании ваших работ!