Теоретичні відомості. Металічний зразок, який має температуру, вищу від температури навколишнього середовища, охолоджується

Металічний зразок, який має температуру, вищу від температури навколишнього середовища, охолоджується. Під час цього швидкість охолодження залежить від величини теплоємності металу. Порівнюючи криві охолодження (температури як функції часу) двох зразків, один із яких слугує еталоном (його теплоємність і швидкість охолодження відомі), можна визначити теплоємність другого, якщо знайти швидкість його охолоджений.

Кількість теплоти, яку втрачає елемент об’єму металу за час , на основі закону теплопровідності Фур’є буде:

, (1)

де С - теплоємність металу; - густина металу; Т - температура, яку приймають однаковою в усіх точках зразка, що має малі лінійні розміри й високу теплопровідність.

Кількість теплоти задається співвідношенням:

,

де – елемент поверхні тіла; – температура навколишнього середовища; – коефіцієнт тепловіддачі.

Прирівнюючи праві частини цих рівнянь та інтегруючи їх, одержимо рівняння для всього зразка:

,

де – об’ємна площа поверхні всього зразка.

Написавши одержане співвідношення для еталонного й досліджуваного зразків (припускаючи, що й ці рівняння), одержуємо робочу формулу для визначення теплопровідності досліджуваного тіла:

,

Рис.13.

де – маса досліджуваного зразка; – маса еталонного зразка.

Схема установки для визначення теплоємності металів показана на рис. 14. Це електропіч 1, що має отвір для досліджуваного і еталонного зразків, які виготовлені у вигляді однакових циліндрів 2. Кожний зразок має отвір для насаджування на термопару. Термопара вмикається в гальванометр 3, а електропіч – у джерело змінного струму.

Хід роботи:

1. Насадити еталонний зразок (мідний) на термопару і встановити в електропіч.

2. Увімкнути електропіч у джерело струму і нагріти до 300°С.

3. Вимкнути електропіч і в процесі охолодження зразка через кожні 10- 20 сек. вимірювати його температуру. Коли температура зразка буде 100 °С, дослід повторити. (Залежність питомої теплоємності міді від температури наведена в таблиці).

4. Визначити цим методом температуру охолодження досліджуваних зразків - алюмінієвого та залізного. Для всіх зразків побудувати графіки .

Температура	0ºС	100ºС	200ºС	300ºС	400ºС	500ºС	600ºС
Теплоємність Дж/кг·град

5. Одержані під час вимірювання криві перевести в криві за допомогою графічного методу. Через рівні проміжки часу () провести на графіку ряд вертикальних ліній. За різницею значень ординат кривої в точках перетину її вертикальними лініями знайти різниці температур для відповідних інтервалів часу. Відношення цієї різниці температур до інтервалу часу дає швидкість охолодження в даній точці кривої, а отже, і швидкість охолодження за певної температури.

На підставі цих даних скласти таблицю значень і графіки залежності для всіх зразків.

6. Користуючись графіками і робочою формулою, обчислити питому теплоємність досліджуваних зразків за різних значень температури. За одержаними даними побудувати графіки залежності питомої теплоємності від температури для всіх досліджуваних тіл.

Контрольні питання

1. Записати й пояснити рівняння Фур’є.

2. Теплоємність металів.

3. Вивести робочу формулу й пояснити суть методу.

Звітна таблиця

№ п/п	,кг	,кг
Сер.

Лабораторна робота № 35