Мета роботи. Дослідити закономірності зміни теплопровідності неметалевих мате-ріалів залежно від температури.

Дослідити закономірності зміни теплопровідності неметалевих мате-ріалів залежно від температури.

Теоретичний матеріал наведений у переліку літературі до лаборатор-ної роботи 5.

6.2. Теплова схема і принцип роботи

вимірювача теплопровідності ИТ-l-400

Для вимірювання теплопровідності у приладі використаний метод динамічного -калориметра.

Досліджуваний зразок 4, контактна пластина 3 і стрижень 5 моно-тонно розігріваються тепловим потоком, що надходить від основи 1 (рис. 6.1). Бокові поверхні стрижня 5, зразка 4, пластин 2 та 3 адіабатно ізольовані. Стрижень 5 і контактна пластина 3 виготовлені з міді, яка має високу тепло-провідність, тому перепади температур на них незначні.

Рис. 6.1 – Теплова схема вимірювача (a) та ескіз зразка (б)

Тепловий потік Q_T(t),що проходить через середній переріз пластини 2, частково поглинається нею і далі йде на розігрів пластини 3, зразка 4 та стрижня 5. Розміри системи вибрані таким чином, щоб потоки, які аку-мульовані зразком і пластинами, були в 5–10 разів менші від тих, що погли-нає стрижень. У цьому випадку температурне поле зразка 4 і пластин 2 та 3 виявляється близьким до стаціонарного лінійного поля. Всі деталі системи розігріваються з однаковими швидкостями, а для теплових потоків Q₀(t)і Q_T(t)для будь-якого рівня температури справедливі формули:

(6.1)

де Q₀(t) – тепловий потік, що проходить крізь зразок і поглинається стрижнем, Вт; – перепад температури на зразку, К; – площа попереч-ного перерізу зразка, м²; – тепловий опір між стрижнем і контактною плас-тиною, м²·К/Вт; С₀, С_с – повна теплоємність відповідно зразка і стрижня, Дж/К; – швидкість розігріву вимірювального осередку, К/с; а також:

(6.2)

де Q_T(t)– тепловий потік, що проходить через середній переріз плас-тини 2, Вт; – коефіцієнт пропорційності, що характеризує ефективну теплову провідність пластини 2, Вт/К; – перепад температури на пластині 2, К; – повна теплоємність відповідно пластини 2 і контактної пластини 3, Дж/К.

Тепловий опір між стрижнем і контактною пластиною:

(6.3)

де – тепловий опір зразка, м²·К/Вт:

(6.4)

де h – висота зразка, м; – теплопровідність зразка, Вт/м·К; –поправка, що враховує тепловий опір контакту, неідентичність і тепловий опір місця закладання термопар, м² × K/Вт.

На основі (6.1) – (6.4) одержані робочі розрахункові формули для теплового опору зразка і визначення його теплопровідності:

(6.5)

де – поправка, що враховує теплоємність зразка.

Значення теплової провідності пластини:

(6.6)

За тепловим опором зразка визначають його теплопровідність:

(6.7)

Вимірювач призначений для масових досліджень теплофізичних влас-тивостей неметалевих матеріалів.

Закладений у його основу режим монотонного нагріву дозволяє з одного експерименту зразу одержати температурну залежність теплопровід-ності досліджуваного матеріалу.

Блок живлення та регулювання забезпечує нагрів ядра вимірюваль-ного осередя з середньою швидкістю 0,1 К/с і автоматичне регулювання температури. Швидкість розігріву визначається початковою напругою на нагрівачі і швидкістю її зміни. Обидві ці величини строго фіксовані. Дже-релом регулюючої напруги служить лабораторний автотрансформатор під’єд-наний до електродвигуна з редуктором. Для визначення теплопровідності досліджуваного зразка в експерименті в процесі безперервного нагріву необ-хідно на фіксованих рівнях температури виміряти перепади температур і п₀на тепломірі та зразкув мікровольтах.