Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 15
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТУРИЗМА И СЕРВИСА»
ФГОУВПО «РГУТиС»
Технический факультет Кафедра «Безопасность труда и инженерная экология» УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе __________д.э.н., профессор Новикова Н.Г. «_____»_______________________200__г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
для студентов дневной и заочной форм обучения Дисциплина «ТЕПЛОТЕХНИКА» Специальность 100101 «Сервис» Специальность 150400 «Технологические машины и оборудование» Специальность 150408 «Бытовые машины и приборы» Специальность 250403 «Технология деревообработки» Специальность 280202 «Инженерная защита окружающей среды» Москва 200_г. Методические указания по выполнению лабораторных работ составлены на основании рабочей программы дисциплины «Теплотехника». Методические указания по выполнению лабораторных работ рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Безопасность труда и инженерная экология». Протокол №____ «___»___________200_г. Зав. кафедрой д.т.н., профессор Пелевин Ф.В. Методические указания по выполнению лабораторных работ одобрены Учебно-методическим советом ФГОУВПО «РГУТиС» Протокол № ________ «____»_______________200_г. Методические указания по выполнению лабораторных работ
разработаны:
К.т.н., доцент кафедры «Безопасность труда и инженерная экология» к.т.н., доцент Зайцева Е.К. «Безопасность труда и инженерная экология» д.т.н., профессор Пелевин Ф.В. Согласовано:
Зам. проректора - начальник Учебно-методического управления к.э.н. доцент Дуборкина И.А Начальник Учебно-методического отдела Рыженок Н.В. ПРЕДИСЛОВИЕ
В основе естественных наук помимо наблюдений лежат измерения. Полученные в результате измерений числовые значения различных величин чаще всего зависят друг от друга. Естественные науки и устанавливают связь между такими величинами. Для всех естественных наук существует единый подход к накоплению и обработке фактического материала, т.е. единая методология. Главная задача проведения экспериментальных лабораторных работ по дисциплине «Теплотехника» состоит в том, чтобы привить студентам навыки самостоятельной работы с различными измерительными приборами и инструментами, сформировать знания теплотехнической терминологии, основ теплотехнических расчетов, в том числе по теплоообмену, знания о термодинамических и переносных свойствах веществ, о закономерностях процессов теплопереноса в критериальном виде, о критериях подобия и их физическом смысле. При подготовке к конкретной лабораторной работе студенты должны проработать теоретический материал по данной теме и иметь конспект, подготовленный по данному учебно-методическому пособию. В конспекте должны содержаться основные теоретические сведения по изучаемой теме и расчетные формулы, по которым производится обработка полученных экспериментальных результатов, схема опытной установки, методика проведения эксперимента, таблицы, в которые заносятся измеряемые и рассчитываемые параметры, подготовленная система координат для графических построений (если они требуется). Индивидуальная защита отчетов по лабораторным работам производится только после получения необходимых результатов, их обработки, построения необходимого графика и т.п. Защита состоит из ответов (устно или письменно) на устные или тестовые вопросы, задаваемые преподавателем. Содержание каждой из 4 лабораторных работ включает в себя теоретический раздел, описание лабораторного оборудования, методики проведения эксперимента, методики обработки экспериментальных данных и список контрольных вопросов. Лабораторная работа №1
ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ ТЕПЛОТЫ И РАБОТЫ
Цель работы
: экспериментальное исследование эквивалентности теплоты и работы. Результатом работы должно быть: · определение значения теплоты · построение график зависимости · сравнение экспериментальной и теоретической зависимостей 1. Теоретические основы эксперимента
Математически эквивалентность теплоты и работы в общем виде выражается соотношением:
где: В международной системе единиц СИ, в которой теплота и работа выражаются одинаково в Если теплота выражается в
2. Экспериментальная установка
Вода (рис.1) через регулировочный кран 1 поступает в стеклянную трубку 2, по пути омывая шарик термометра 3. Внутри трубки 2 протянута нихромовая нить 4, покрытая изолирующим лаком (для предотвращения электролиза воды) и питаемая электрическим током от трансформатора 5 (ЛАТР). Вода протекая по трубке 2 и омывая нить 4, повышает свою температуру от Расход воды определяют объемным способом с помощью мерного сосуда 7 при закрытом спускном кране 9 и фиксированном положении перекидной тарелки 8. Количество электрической энергии, подводимой к нихромовой нити, регулируется ЛАТРом; расход воды - регулировочным краном 1.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки 1. Краном 1 установить некоторый расход воды в трубке 2. 2. С помощью ЛАТРа 5 подать на нить некоторое количество электрической энергии. 3. Достигнуть установившееся тепловое состояние, что фиксируется по постоянству показаний термометров 3 и 6. 4. Замерить величины, необходимые для заполнения таблицы 1. 5. Перейти к следующему опыту, изменяя ЛАТРом мощность электрического тока подаваемого на нить 4 и (или) изменяя расход воды через трубку 2. Повторить действия по п.п.2-4. Таблица 1. Сводная таблица наблюдений № п/п Измеряемая величина Обозначение Раз-мер-ность Номер опыта 1 2 3 1 Температура воды на входе в трубку
2 Температура воды на выходе из трубки
3 Расход воды по ротаметру
4 Сила тока
1. Определить количество теплоты, воспринимаемое водой,
где 2. Определить мощность электрического тока,
Теоретически, значения 3. В действительности из-за погрешностей отсчетов по приборам и наличия теплообмена системы с окружающей средой, отличия температуры воды в трубке от температуры окружающей ее воздуха, значения
Результаты расчетов свести в таблицу 2. 4. Полученные результаты представить графиком в координатах Зависимость, установленную проведенной серией опытов, изобразить прямой линией. Для ее проведения задать некоторое значение Точки 1, 2, 3 нанести на график по данным таблицы 2. В выводах по результатам проведенной работы может быть дана количественная оценка отличия экспериментальной зависимости между
Таблица 2. Результаты расчета № п/п Измеряемая величина Обозначение Раз-мер-ность Номер опыта 1 2 3 1 Количество теплоты, воспринятое водой
2 Секундная работа (мощность) электрического тока
3 Произведение
4 Значение
5 Сумма
6 Отношение
5. Вопросы для самопроверки
1. Опишите экспериментальную установку. 2. Как определяется количество теплоты, воспринятое водой? 3. Как определяется секундная работа (мощность) электрического тока? 4. Объясните причины отличия теоретической и экспериментальной зависимости 5. Сформулируйте первый закон термодинамики. Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ ГАЗООБРАЗНЫХ ТЕЛ
Цель работы:
экспериментальное определение теплоемкости воздуха. Результатом работы должен быть: ·
определение средней объемной теплоемкости воздуха при постоянном давлении; ·
определение средней массовой изобарной теплоемкости; ·
определение средней массовой изохорной теплоемкости воздуха; ·
определение показателя адиабаты (коэффициента Пуассона) для воздуха; ·
определение удельной энтальпия воздуха на выходе из калориметра. I. Tеopетические основы эксперимента
В общем случае изменение состояния рабочего тела сопровождается теплообменом с внешней средой, приводящим к изменению его температуры. Отношение количества теплоты, подведенного к рабочему телу в определенном термодинамическом процессе, к изменению температуры этого тела в результате этого теплообмена называется теплоемкостью Отношение теплоемкости
Широко применяется и внесистемная единица Однако Если киломоль газа имеет массу Так как киломоль любого газа при нормальных условиях занимает объем
Плотность газа при нормальных условиях равна
откуда
Следовательно,
Различают истинную и среднюю теплоемкости. Значение теплоемкости, соответствующее определенной температуре рабочего тела (газа), называется истинной теплоемкостью.
Так, истинная массовая теплоемкость определяется выражением
По аналогии с истинной массовой теплоемкостью различается истинная мольная теплоемкость и истинная объемная теплоемкость. Для инженерных расчетов иногда удобно пользоваться средней теплоемкостью.
Средними массовыми, мольными и объемными теплоемкостями называются количества теплоты, затрачиваемые для повышения температуры на Пусть в некотором термодинамическом процессе к
Средняя мольная теплоемкость обозначается
где Средняя объемная теплоемкость газа при нормальных условиях
Количество теплоты, сообщенное газу или отведенное от него, определяется
откуда
Для нахождения
Количество теплоты
При равенстве левых частей выражений (2) и (2) получим
Таким образом, среднюю теплоемкость Пусть в данных пределах температур истинная теплоемкость изменяется по линейному закону
Подстановка выражения (5) в (2) дает
Следовательно,
где При известном значении Массовая средняя теплоемкость процесса определяется отношением (1), поэтому
По аналогии с формулой (6) можно написать формулы для средних мольной и объемной теплоемкостей. Таблицы средних теплоемкостей составлены для условий
или
Теплоемкость газов, в том числе и воздуха, определяют, как правило, при помощи проточного калориметра (рис.1)
Рис. 1 Схема проточного калориметра По калориметру при постоянном давлении пропускают газ, подводят теплоту, измеряют расход газа, количество подведенной теплоты, температуру газа на входе и выходе. Для сечений 1-2 калориметра уравнение 1-го закона термодинамики для потока имеет вид:
Так как калориметр расположен горизонтально, то высоты
В общем случае энтальпия газа зависит от температуры и давления, поэтому:
но при атмосферном давлении воздух по своим свойствам приближается к идеальному газу, а энтальпия идеального газа не зависит от давления, следовательно, вместо (9) можно написать:
т.к.
Для конечного повышения температуры
но по уравнению (8)
откуда получаем
В уравнениях (11, 12, 13) Так как по калориметру за
Но на установке удобнее измерять объемный, а не массовый расход воздуха, поэтому расчетная формула будет иметь вид:
где 2. Экспериментальная установка
Рис. 2. Схема экспериментальной установки. Основной частью экспериментальной установки (рис.2) является металлический двухпроточный калориметр 1, внутри которого находится электрический нагреватель 2. Снаружи корпус покрыт тепловой изоляцией. Конструкция калориметра исключает теплопотери в окружающую среду. Температура воздуха на входе ( 3. Порядок проведения работы
1. Включить стенд тумблером «Сеть», установив тумблер а положение «ВКЛ». 2. При помощи ЛАТРа установить значение силы тока на нагревательном элементе 3. Плавно поворачивая регулятор ЛАТРа, установить значение объемного расхода воздуха 4. Начальная температура воздуха 5. При выходе системы в установившееся состояние теплообмена (через 6. Повторить опыт, изменив значение силы тока в диапазоне Таблица 1. Измеряемая величина Размер-ность № опытов Среднее арифм. значен. 1 2 3 Сила тока
Расход воздуха
Начальная температура воздуха
Подогрев воздуха
1. Определить количество теплоты, выделяемой нагревателем:
2. Определить температуру воздуха на выходе калориметра:
3. Определить термодинамическую температуру воздуха на выходе калориметра:
4. Определить объемный расход воздуха (приведенный к НФУ):
5. Определить среднюю объемную теплоемкость воздуха при постоянном давлении в интервале температур от
6. Определить среднюю массовую изобарную теплоемкость воздуха в интервале температур от
где Молярная масса воздуха равна 7. Определить среднюю массовую изохорную теплоемкость воздуха из уравнения Майера:
Отсюда
где 8. Определить показатель адиабаты (коэффициент Пуассона):
9. Определить удельную энтальпию воздуха на выходе калориметра:
Таблица 2. Величина Размер-ность № опытов Среднее арифм. значен. 1 2 3 Мощность
Температура воздуха на выходе калориметра Термодинамичес-кая температура воздуха на выходе калориметра Объемный расход воздуха при НФУ Средняя объемная изобарная теплоемкость
Средняя массовая изобарная теплоемкость
Средняя массовая изохорная теплоемкость
Показатель адиабаты Удельная энтальпия на выходе калориметра
5. Вопросы для самопроверки
1. Каков физический смысл теплоемкости? 2. Каков физический смысл удельной массовой теплоемкости? 3. Каков физический смысл удельной объемная теплоемкости? 4. Каков физический смысл удельной молярной теплоемкости? 5. Что понимают под нормальными физическими условиями? 6. Каков физический смысл средней теплоемкости? 7. Каков физический смысл истинной теплоемкости? 8. Как определяют теплоемкость газов с помощью проточного калориметра? 9. Из каких элементов состоит экспериментальная установка? 10. Как рассчитывают среднюю массовую изобарную теплоемкость на основе экспериментальных данных? 11. Как рассчитывают среднюю массовую изохорную теплоемкость на основе экспериментальных данных? 12. В чем состоит уравнение Майера? 13. Каков физический смысл показателя адиабаты? 14. Каков физический смысл изобарной теплоемкости? 15. Каков физический смысл изохорной теплоемкости? Лабораторная работа №3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
Цель работы
: Экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности Результатом работы должно быть: · количественное определение значений коэффициента теплопроводности материала · построение зависимости коэффициента теплопроводности слоя ткани 1. Теоретические основы эксперимента
Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить теплоту. Он зависит от рода вещества, давления и температуры. Для многих материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принимать линейной:
где Коэффициенты теплопроводности чистых металлов, за исключением алюминия, с возрастанием температуры убывают. Коэффициенты теплопроводности теплоизоляционных и строительных материалов, имеющих пористую структуру, при повышении температуры возрастают по линейному закону. Коэффициенты теплопроводности большинства капельных жидкостей с повышением температуры убывают. Вода является исключением: с увеличением температуры от С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности его значительно возрастает. Коэффициенты теплопроводности газов с повышением температуры возрастают, а от давления практически не зависят. Специфической особенностью тканей является не сплошное, а пористое и волокнистое строение. В таких материалах перенос теплоты осуществляется теплопроводностью через волокна и за счет конвекции и теплового излучения через поры. При соприкосновении двух тел, имеющих различную температуру, происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов). Вследствие чего интенсивность движения частиц тела с более высокой температурой уменьшается. В результате одно из соприкасающихся тел нагревается, а другое охлаждается. Условием возникновения теплообмена служит наличие разности температур между рассматриваемыми телами. Поток энергии, передаваемый частицами более горячего тела частицам тела более холодного, называется тепловым потоком. Перенос теплоты происходит теплопроводностью, конвекцией или излучением. При переносе теплоты теплопроводностью процесс переноса тепла происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частями тел с различной температурой. Теплопроводность зависит от физических свойств тела, его геометрии и разности температур. Конвекция – это перенос теплоты в газах и жидкостях при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно прогретой жидкости или газа. Она сопровождается теплопроводностью, т.к. осуществляется и непосредственный контакт частиц с разной температурой. Излучение – процесс передачи теплоты между двумя телами, разделенными полностью или частично пропускающей излучение средой. Происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн; распространение электромагнитных волн в пространстве и поглощение энергии излучения другим телом. Сложный теплообмен или теплопередача представляет собой совокупность всех трех видов переноса теплоты. Связь между количеством теплоты
где Плотность теплового потока – это количество теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности в единицу времени:
Вектор плотности теплового потока направлен по нормали к изотермической поверхности в сторону убывания температуры. Теплопроводность через однослойную плоскую стенку.
Плотность теплового потока находится из уравнения Фурье:
Общее количество теплоты, которое передается через поверхность стенки
Теплопроводность через многослойную плоскую стенку.
Плотность теплового потока:
где Температуры между отдельными слоями многослойной стенки:
и т.д. Теплопроводность через однослойную цилиндрическую стенку.
Плотность теплового потока: 1. отнесенная к единице внутренней поверхности,
где 2. отнесенная к единице наружной поверхности,
3. отнесенная к одному погонному метру трубы (линейная плотность теплового потока),
Закон изменения температуры по толщине цилиндрической стенки:
Теплопередача через плоскую стенку
(рис.1).
Рис.1. Схема теплопередачи через плоскую стенку: Плотность теплового потока:
где Основное уравнение теплопередачи:
Коэффициент теплопередачи:
Полное термическое сопротивление теплопередаче через стенку:
2. Экспериментальная установка
Основной частью установки для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала является металлическая труба, длиной Мощность электрического тока, затрачиваемая на обогрев, фиксируется амперметром и вольтметром блока питания. Схема экспериментальной установки представлена на рис.2.
Рис. 2. Схема установки 3. Порядок проведения работы
1. Включить тумблером «Сеть» стенд, установить переключатель в положение «ВКЛ». 2. Установить переключатель нагрузки в положение 1. 3. Занести показания амперметра и вольтметра в таблицу 1. 4. По выходу системы на стационарный режим теплообмена (через 5. Занести значения 6. Рассчитать значения термодинамической температуры 7. Занести значения 8. Повторить действия по п.п. 2-7. Таблица 1. Номер опыта Нап-ря-же-ние
Сила тока
Температура
1.
1. Определить тепловой поток:
2. Определить внутренний диаметр слоя материала
3. Определить среднюю температуру слоя
4. Определить коэффициент теплопроводности
где 5. Результаты расчета занести в таблицу 2. 6. По результатам расчета построить график зависимости 7. Коэффициент теплопроводности материала:
Таблица 2 Номер слоя ткани Диаметр слоя, Температура слоя,
Сред-няя темпе-ратура слоя,
Коэффициент теплопроводности слоя,
1 2 3 4 5 5. Вопросы для самопроверки
1. Каков физический смысл коэффициента теплопроводности? 2. От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности? 3. Что является условием возникновения теплообмена? 4. Что называют тепловым потоком? 5. Какие существуют виды переноса теплоты? 6. Как происходит перенос теплоты при теплопроводности? 7. Как происходит перенос теплоты при конвекции? 8. Как происходит перенос теплоты излучением? 9. Что собой представляет теплопередача? 10.В чем состоит закон Фурье? 11.Каков физический смысл коэффициента теплопередачи? 12.Каков физический смысл термического сопротивления? 13.Как определяются температуры между различными слоями многослойной стенки? 14.Из каких элементов состоит экспериментальная установка? 15.Какой вид имеет график зависимости Лабараторная работа №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛООТДАЧИ ОТ СТРУНЫ К ВОЗДУХУ
ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ
Цель работы
: Исследование явление теплообмена при свободной конвекции воздуха. Результатом работы должно быть: · экспериментальное определение коэффициента теплообмена; · теоретический расчет значения коэффициента теплообмена при помощи критериального уравнения; · сравнение экспериментального и теоретического значений коэффициента теплообмена и нахождение величины максимально возможной ошибки; она не должна превышать 5%. 1. Теоретические основы эксперимента
В учении о теплообмене рассматриваются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Условие возникновения теплообмена – наличие разности температур между рассматриваемыми телами. Конвекция – перенос теплоты в газах и жидкостях при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно прогретой жидкости или газа. Она сопровождается теплопроводностью, т.к. осуществляется и непосредственный контакт частиц с разной температурой. Конвективный теплообмен – одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью. Конвекция происходит только в газах и жидкостях, в которых перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве объемами среды. Виды конвекции: · свободная конвекция, при которой движение жидкости возникает в связи с нагреванием и изменением ее плотности; · вынужденная конвекция, при которой движение жидкости создается искусственно. При движении жидкости различают два вида потока: · ламинарный; · турбулентный. В ламинарном или струйном потоке жидкость движется спокойно, без пульсаций, образуя струи, следующие очертаниям канала (параллельно-струйный характер течения). В турбулентном потоке непрерывно происходит перемешивание всех слоев жидкости. Чем больше образуется пульсаций, завихрений, тем больше турбулентность потока. При переходе ламинарного движения в турбулентное сопротивление трения в канале возрастает. Характер движения жидкости определяется числом Рейнольдса. До значений Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется по уравнению Ньютона-Рихмана:
а плотность теплового потока при конвективном теплообмене дает выражение:
где Коэффициент теплообмена · теплофизических свойств жидкости и твердого тела;формы теплопередающей поверхности; · состояния теплопередающей поверхности, оцениваемого степенью шероховатости; · условий омывания твердого тела жидкостью (омывание в свободном или замкнутом пространстве, горизонтальное, вертикальное или наклонное расположение твердого тела). Коэффициент теплообмена
где Критериальное уравнение – это математическая зависимость между каким-либо определяемым критерием подобия и другими определяющими критериями подобия в соответствии с теорией подобия. Критерием или числом подобия называют безразмерный комплекс величин, отражающий физическую сущность или модель процесса. Теория подобия определяет условия, при которых результат экспериментальных исследований можно распространить на другие явления, подобные рассматриваемому явлению. Общее критериальное уравнение для конвективного теплообмена (по Михееву) имеет вид:
где Критериальное уравнение для конвективного теплообмена при свободной конвекции:
Излучение - это процесс передачи теплоты между двумя телами, разделенными полностью или частично пропускающей излучение средой. Природа излучения - распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Источником теплового излучения служит внутренняя энергия нагретого тела. Количество лучистой энергии зависит от физических свойств и температуры излучающего тела. Спектр излучения твердых и жидких тел непрерывен. Спектр излучения газов имеет линейчатый характер (селективное или избирательное излучение). Газы излучают из всего объема, твердые тела – из тонкого слоя. Основные законы теплового излучения:
1. Закон Планка. Зависимость интенсивности излучения абсолютно черного тела от длины волны и температуры:
где 2. Закон Вина (закон смещения). С увеличением длины волны Длина волны, на которую приходится максимум теплового излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре, т.е. с повышением температуры максимум смещается в сторону более коротких волн.
3. Закон Стефана-Больцмана. Каждой длине волны соответствует определенная интенсивность излучения, которая увеличивается с возрастанием температуры. Тепловой поток (интегральное излучение) абсолютно черного тела в пределах от
где Лучеиспускательная способность серого тела
где 4. Закон Кирхгофа Отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех серых тел, находящихся при одинаковых температурах, и равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре
5. Закон Ламберта. Количество энергии
где В данной работе исследуется явление теплообмена при свободной конвекции воздуха. Теплоотдающей средой является проволока из нихрома (струна) длиной
т.е.
Теплота, выделенная при прохождении электрического тока по струне:
Теплота, переданная воздуху излучением, подчиняется закону Стефана-Больцмана:
Количество теплоты, которое отдает струна свободной конвекцией и, следовательно, воспринимает воздух, может быть определено по уравнению Ньютона-Рихмана:
По этому уравнению можно подсчитать экспериментальный коэффициент теплообмена при свободной конвекции
где Превышение температуры струны
Теоретическое значение коэффициента теплообмена
Константы Таблица 1
Значения констант
в зависимости от произведения
1,18 0,54 0,135
0,125 0,250 0,333 Численные значения теплофизических свойств То значение температуры, по которому должны браться значения указанных величин при их подстановке в критерии, носит название «определяющей» температуры. В нашем случае в качестве определяющей температуры обычно принимается среднеарифметическая из температур струны и воздуха (средняя температура пограничного слоя), т.е.
Коэффициент объемного расширения воздуха можно принимать равным Плотность воздуха подсчитывают по уравнению:
Критерий Прандтля можно брать из таблицы 2 по определяющей температуре Таблица 2
Теплофизические свойства сухого воздуха при № п / п Темпе- ратура Плот- ность Удель-ная массо-вая тепло- емкость Коэф. тепло-провод-ности Кине-мати-ческая вяз-кость Чис-ло Пран-дтля - 1 10 1.242 1,005 2,512 14,16 0,705 2 20 1,205 1,005 2,593 15,06 0,703 3 30 1,165 1,005 2,675 16,00 0,701 4 40 1,128 1,005 2,756 16,96 0,699 5 50 1,093 1,005 2,826 17,95 0,698 6 60 1,060 1,005 2,896 18,97 0,696 7 70 1,029 1,009 2,966 20,02 0,694 8 80 1,000 1,009 3,047 21,09 0,692 9 90 0,972 1,009 3,128 22,10 0,690 10 100 0,946 1,009 3,210 23,13 0,688 2.Экспериментальная установка
Экспериментальная установка (рис. 1) состоит из стойки с кронштейном 1, в верхней части которого в держателе 2, изолированном от массы кронштейна, закреплен верхний конец струны 3 из нихрома. В держателе 4 закреплен микрометр 5, к головке которого прикреплен нижний конец струны. Груз 6 обеспечивает постоянное натяжение струны. Через вторичную обмотку ЛАТРа струна подключена к источнику переменного тока. Вольтметр 7 и амперметр 8 служат для замера напряжения и силы тока. Для исключения внешних помех стойка со струной помещена в застекленный футляр.
Рис. 1. Схема установки. 3. Порядок проведения работы
1. Перед началом опытов поворотом кольца микрометра устанавить стрелку на нуль. 2. Поворотом рукоятки ЛАТРа подать ток и напряжение на зажимы струны. 3. Выждать время, необходимое для установки стационарного теплового режима (стрелка индикатора не должна вращаться), записать показания индикатора, вольтметра и амперметра. 4. Результаты опытов занести в сводную таблицу наблюдений (таблица 3). 5. Увеличить значение тока. Повторить п.п.3, 4. Таблица 3. Сводная таблица наблюдений № п/п Измеряемая величина Обоз-наче-ние Размер-ность Номер опыта 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 1 Удлинение струны
2 Сила тока
3 Падение напряжения
4 Температура воздуха
1. Определить теплоту, выделенную при прохождении электрического тока по струне:
2. Определить температурный напор:
3. Определить температуру струны:
4. Определить теплоту, переданную воздуху излучением:
|