Теория теплообмена. «Определение теплоемкости металлов»

Лабораторная работа №1

«Определение теплоемкости металлов»

Отчет

Дисциплина: «Физические свойства материалов и изделий»

Выполнили: студенты гр.4Б91

Васин П.А.

Павленко А.М.

Проверил: доцент кафедры ММС Матренин С.В.

Томск 2012

Цель работы: определить теплоемкость металлов методом сравнения скоростей охлаждения образцов с известной (эталонный образец) и неизвестной теплоемкостями.

Оборудование и материалы: электрическая камерная печь, милливольтметр, термопары ТХА, весы, набор образцов (Cu, Л96, Ст3).

Теплоемкость твердых тел

Теплоемкость–это количество тепла, необходимое для нагрева тела на 1 К. Она определяется выражением:

δQ=C dT, (1)

где δQ –бесконечно малое количество теплоты, полученное телом,

dT –приращение его температуры,

C –теплоемкость.

Теплоемкость есть функция процесса `и приобретает однозначный смысл при указании условий нагрева. То есть при одном и том же δQ приращения температуры dT будут разными в зависимости от внешних параметров (объем V, давление P и т. д.) в процессе нагрева. Соответственно разными будут и теплоемкости, измеренные в разных процессах. Различают теплоемкости C_V и C_P в процессах с V=const и P=const, связанные с термодинамическими функциями (U –внутренняя энергия; H –энтальпия; S –энтропия) следующими соотношениями:

C_V = T (¶ S/ ¶ T) _V = ( ¶ U/ ¶ T)_V, C_P = T (¶ S/ ¶ T) _P = ( ¶ H/ ¶ T)_P.

Удельная теплоемкость твердых веществ обычно приводится в [ Дж/(кг × К) ]. Чтобы определить молярную теплоемкость, которая измеряется в [ Дж/(моль × К) ] необходимо умножить удельную теплоемкость на молекулярный вес вещества

Таблица 1. Теплоемкость меди при различных температурах.

Теория теплообмена

Теплопередача или теплообмен–это необратимый самопроизвольный процесс распространения тепла от более нагретых тел или их частей к менее нагретым. Перенос тепла осуществляется тремя основными способами: конвекцией (конвективный теплообмен), теплопроводностью (кондуктивный теплообмен) и тепловым излучением (радиационный теплообмен).

Конвективный теплообменобусловлен перемещением объемов среды, возможен только в газе или жидкости. Если жидкость (газ) контактирует с твердой поверхностью (стенкой), то конвективный теплообмен между стенкой и окружающей средой описывается уравнением Ньютона:

dq = ά (T_W – T_∞) ds, (3)

где ά –коэффициент теплоотдачи [ Вт /(м²×К)], зависящий от формы и качества обработки поверхности, ее положения относительно направления силы тяжести, а также от теплопроводности, теплоемкости, плотности, коэффициента теплового расширения жидкости (газа), T_W –температура стенки, T_∞ –температура жидкости (газа) на удалении от стенки, ds –элемент поверхности стенки, dq –тепловой поток с ds.

Теплопроводность–это молекулярный теплоперенос в неподвижных средах (твердое тело, а также жидкость или газ при отсутствии конвекции). Тепловой поток в неподвижной среде описывается уравнением Фурье

(4)

где –плотность теплового потока [ Вт / м² ], –коэффициент теплопроводности [ Вт/(м×К) ], T = T (x,y,z)–температурное поле в среде.

Знак минус означает, что тепло течет в направлении, противоположном направлению градиента температуры.

Теплообмен излучениемнаблюдается между телами, разделенными прозрачной средой. В чистом виде радиационный теплообмен наблюдается между телами в вакууме. Излучение в замкнутой полости, стенки которой имеют одинаковую температуру, не зависит от оптических свойств поверхностей и одинаково в любой точке полости. Такое излучение называется черным.

Интегральная интенсивность черного излучения описывается законом Стефана-Больцмана:

(6)

где σ =5,67×10^-8 Вт /(м² × К)–постоянная Стефана-Больцмана, n– показатель преломления окружающей среды; для воздуха n» 1.

Поиск по сайту: