Методические указания к лабораторной работе для студентов второго курса специальности 101600 Тамбов 2003 (стр. 2 из 2)
.4. Коэффициент теплопроводности l образца рассчитывают по формуле
, (1)где d - средняя толщина образцов, м; R – термическое сопротивление образца, м2К/Вт; Rк – контактное термическое сопротивление между соприкасающимися поверхностями образца, ядра и прижимного блока, м2К/Вт. Величина Rк является одной из констант прибора и определяется калибровкой бикалориметра по образцовым материалам (так называют материалы со стабильными по времени и точно измеренными величинами коэффициента l). По паспорту прибора БП-63 Rк=0,0045 м2×К/Дж.
Параметр R для плоского бикалориметра зависит от темпа охлаждения m и от размеров и масс деталей бикалориметра, которые учитываются рядом постоянных прибора, определяемых экспериментально или расчетом для каждого конкретного прибора. Итак
(2)где А – постоянная прибора, определяющая потери тепла ядром через боковую поверхность. Определена экспериментально калибровкой по материалу с известной теплопроводностью l, А=0,89×104, 1/с. Безразмерный параметр Б зависит от объемной теплоемкости исследуемого материала и находится по формуле
, (3)где Г – параметр формы, Г=2S/3С; Н – величина, определяемая свойствами образца: Н=d×сx×rx (сx – удельная теплоемкость исследуемого материала, Дж/(кг×К), rx – плотность исследуемого материала, кг/м3). Постоянная прибора Ф определяется по формуле
,где С – полная теплоемкость ядра, Дж/К; S – боковая поверхность ядра, соприкасающаяся с образцом, м2. Для бикалориметра ПБ-63 С=321 Дж/К; S=0,0113 м2 и Ф=14100 Дж/(м2×К). Фактор рассеяния теплового потока через кольцевые прокладки f определяется по эмпирической формуле
, (4)где D=0,12 м - диаметр ядра.
С учетом приведенных значений констант прибора формулы (3) и (2) принимают вид
, (5) 
. (6)Теперь понятна методика обработки результатов эксперимента: сначала по массе образца mo и его размерам d и Dо находится плотность исследуемого материала
,затем калориметрированием или любым другим способом должно быть определено значение удельной теплоемкости сx для материала образца. Если сделать это затруднительно, то, учитывая, что даже существенная погрешность в определении величины сx мало отражается на точности определения l, можно принимать ориентировочные значения сx=1700 Дж/(кг×К) для материалов органического происхождения и сx=850 Дж/(кг×К) для неорганических материалов.
Далее рассчитываем Н=d×сx×rx, а затем по формулам (4) и (5) - значения параметров f и Б, после чего по формуле (6) находим величину R, и только тогда по формуле (1) – значение l.
7. Анализ и выводы
Чтобы составить суждение о достоверности и точности результатов наших измерений полезно, обратившись к справочным таблицам, например в [4], выписать значения l для материалов примерно такого же класса. Примерное совпадение значений l будет свидетельствовать о достоверности полученных в опыте результатов. Подробный анализ методических погрешностей эксперимента из-за достаточно сложных расчетных зависимостей затруднен, однако в паспорте прибора погрешность измерения по описанной методике оценивается величиной ±10%.
8. Литература
1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. –М., 1981. –416 с.
2. Осипова В.А. Экспериментальные исследования процессов теплообмена. М., 1979. –392 с.
3. Определение коэффициентов теплопроводности и температуропроводности методом регулярного режима. М., 1970. -13 с.
4. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М., 1980. –228 с.
5. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М., 1954. –408 с
6. Бегункова А.Ф., Емченко М.П. Плоский бикалориметр ПБ-63. Описание и конструкция. Л., 1969. –12 с.