Способы передачи тепла и закон охлаждения Ньютона-Рихмана

Для решения поставленных в предыдущем разделе задач была разработана экспериментальная установка. Схема её представлена на рис. 2.

 Основным элементом  установки является стальная  цилиндрическая труба 1(рис.1) Внутри трубы расположена нихромовая спираль. Для достижения наиболее равномерного распределения температуры вдоль поверхности трубы и фиксации спирали строго по оси, промежуток между спиралью и внутренней поверхностью труб был заполнен чистым оксидом алюминия . Для жесткой фиксации цилиндрической трубы в пространстве использованы крепления 2,3. Торцевые отверстия цилиндра были тщательно теплоизолированны асбоцементным материалами. Клеммы4,5 служат для подключения к сети переменного тока.

Рис. 1. Нагреваемая цилиндрическая труба.

Температуру помещения измеряли лабораторным ртутным стеклянным термометром 1 (см. рис.3), погрешность измерения . Подаваемое на нагреватель напряжение регулировалось с помощью лабораторного трансформатора  2. Напряжение измеряли вольтметром B7-35 3, погрешность измерения Величину тока измеряли амперметром астатическим типа Э53 4, погрешность измерения Контроль температуры внешней поверхности цилиндра осуществлялся мультиметром Sinometer VC97 5, погрешность измерения . Для измерения температуры на различных расстояниях от поверхности цилиндра 11 использовалась термопара 6, закрепленная на подвижной части штангенциркуля Digi-Kanow 7. Температура измерялась дифференциальной термопарой  6. «Холодный» спай термопары помещался в сосуд Дьюара 8. Погрешность измерения расстояния штангенциркулем составляла мм.

          Милливольтметр B7-38 9 служил вторичным прибором. Погрешность измерения Термоэдс фиксировалась  с точностью до третьего знака. Наличие контакта между термопарой и поверхностью цилиндра определялось по загоранию лампочки 10 (12V).  Питание лампочки происходило от аккумулятора типа крона Космос 6F2212.

Рис.2. Схема экспериментальной установки.

Рис. 3 Экспериментальная установка.

2.2 Методика проведения  эксперимента

Эксперимент проводился в помещении лаборатории выполнения дипломных работ кафедры общей и теоретической физики физического факультета. Эксперимент заключался в нагревании поверхность цилиндра до определенной температуры. Величина температуры определялась током и напряжением, подаваемым на нагреватель. В ходе опыта фиксировалась температура поверхности цилиндра – термопарой, мультиметром. Температура в помещении на различных стояниях от наружной поверхности цилиндра измерялась термопарой. «Холодный» спай термопары помещался в сосуд Дьюара с тающим льдом. С помощью ЛАТРа регулировалась мощность нагревателя. По достижению желаемой температуры поверхности «горячий» спай термопары приводился в контакт с поверхностью цилиндра. При загорании лампочки судили о контакте термопары с поверхностью. Измеряли термоэдс на определенных расстояниях (X, мм) от поверхности. Расстояние измерялось с помощью электронного штангенциркуля с шагом от 0,10 до 40 мм. Опыты проводились при следующих значениях температуры поверхности: 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 115 ℃. Результаты измерений представлены в приложении (приложения оформляю)

Градуировка дифференциальной термопары проводилось с помощью ртутного термометра, погрешность которого . «Горячий» спай термопары погружали вместе с ртутным термометром в сосуд с водой. Постепенно повышая температуру воды, производили регистрацию показаний термометра и соответствующих им значений милливольтметра. На рис.3 представлена градуировочная кривая. Данные измерений представлены на рис. 4.

Рис. 4 Градуировочная кривая

 

2.3 Погрешность  измерений

Помимо вышеуказанных прямых измерений,  имели место и косвенные измерения. Например, поверхностная плотность теплового потока рассчитывалась  по формуле

                                                                                                      (19)

В этом случае расчет систематической погрешности измерений осуществлялся следующим образом:

 

 

 

После тривиальных математических операций, систематическая ошибка составит = вт/м2.

Для разностей температур рассчитанная по зависимости (20) 

систематическая погрешность составит величину 0,1 ℃

                                                                                                        (20)

 

Для безразмерной температуры систематическая погрешность, рассчитанная по формуле (21) составит 0,35 ℃

                                                                                    (21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В соответствии с поставленной целью было выполнено:

1. Создание экспериментальной  установки.

2. Получение первичных  экспериментальных данных.

3. Расчет погрешностей  измерения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы и Internet - источников

1. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Общий курс физики - Молекулярная Физика. М.: Наука, 1976. 478

2. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций М.: Мир, 1968, 464.

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.

4.Степанов Н.В. Курсовая  работа на тему: Физика явлений  теплообмена. ИвГУ. 2012 г.

5. Большая Энциклопедия  Нефти и Газа, //электронный ресурс-режим  доступа http:// www.ngpedia.ru

6. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций М.: Мир, 1968, 464.

7. Лекции о теплотехнике, //электронный ресурс-режим доступа http://stringer46.narod.ru /Radiation.htm

8. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для ВУЗов. М.: Энергия,1975.-488 с.

9.   Кутуладзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат. 1979.-415 с.

10. Гребер Г., Эрк С. И Гругулль У. Основы учения о теплообмене: Пер. с нем..-М.: Издательство иностранной литературы,1958.- 566 с.

11. Жукаускас А., Жюгда И. Теплоотдача в ламинарном потоке жидкости. Вильнюс: Минтис, 1969,-264 с.

12. Кудрявцев П.С. История физики, т.1, Учпедгиз, М, 1956, 564 с.

13. Лауэ М. История физики, ГИТТЛ, М, 1956, 230с.

14. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Оптика. Оптические лекции. (Избранные места). Л.: Издательство П.П. Сойкин, 1929.

15.  Рихман В. Труды по физике. М.: Издательство АН СССР, 1956.

 

 

Приложения

1. Зависимость температуры  окружающей среды от расстояния  от стенки нагреваемого тела.

2. Зависимость безразмерной  температуры от поверхностной плотности теплового потока.

3. Некоторые графики зависимостей.