Энерго механический факультет кафедра «общая физика» методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Теплотехника» (стр. 1 )

НАВОИЙСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ

НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Энерго механический Факультет

КАФЕДРА «Общая физика»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по курсу

«Теплотехника»

для студентов по направлениям:

5310700 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» , 5311600 –«Горное дело», 5321100 –«Техника и технология добычи переработки руд редких и радиоактивных металлов», 5320200-«Технология машиностроения, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», 5320400-«Химическая технология»

НАВОИЙ–2013

Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Теплотехника»

Методические указания предназначены для студентов технических вузов обучающихся по направлениям 5310700 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», 5311600 –«Горное дело», 5321100 –«Техника и технология добычи переработки руд редких и радиоактивных металлов», 5320200-«Технология машиностроения, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», 5320400-«Химическая технология» в качестве пособия по выполнению лабораторных работ по курсу Теплотехника.

Методические указания рассмотрено и рекомендована на заседании кафедры «Общая физика» НГГИ.

Составители: доц. , Носиров Ф. Х

Рецензенты:        к. ф.-м. н.

                       к. ф.-м. н.

ФРОНТАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы:  Изучение методов измерения температуры и измерительная техника измерения температуры.

Приборы и принадлежности: различные виды измерительных приборов температуры: ртутные термометры, термосопротивления, термопара, манометрический термометр, оптический пирометр и электрический нагреватель. 

Теоретическая часть

Одним из важнейших параметров,  определяющих тепловое состояние тела, является температура. Определение температуры основывается на понятии термодинамического равновесия. Термодинамическая равновесием называют такое состояние системы, при котором прекращаются всякие макроскопические изменения во времени (диффузия, теплообмен, агрегатные превращения), при отсутствии внешних воздействий.

Система, которая не взаимодействует с внешними силами, т. е. не обменивается тепловой и работой, всегда самопроизвольно приходит в состояние термодинамического  равновесия. 

       Частным случаем термодинамического равновесия является тепловое равновесие, причиной нарушения которого является только теплообмен.

       Для оценки нарушения равновесия между двумя телами вводится понятие разности температур. Разностью температур между двумя телами называют физическую величину, являющуюся мерой отклонения этих тел от состояния теплового равновесия друг с другом. Если одно из тел взять при каком-то состоянии и условиться считать это состояние за нулевое, то можно перейти от понятия разности температур к понятию температуры.

       Измерение температуры основано на допущении, что все тела, находящиеся в соприкосновении и остающиеся в покое, в конце концов, придут к тепловому равновесию, т. е. будут иметь одинаковую температуру.

       Количественное определение температуры может быть основано на любом свойстве веществ, изменяющемся однозначно с температурой, например, на тепловом расширении, электрическом сопротивлении, контактной электродвижущей силе, термо - ЭДС или давлении пара.

Допустим, что выбранные свойства А при определенных условиях являются функцией одной температуры, т. е.

А =f(t)  где  t – температура.

       Для количественного определения температуры необходимо установить вид этой функциональной зависимости. Его выбирают произвольно возможно простым, а именно полагают эту функцию линейной 

  f (t) = a+bt  (1)

причем постоянные коэффициенты  a и b принимают независимыми от температуры.

       Пусть температурам  t0, t, ts соответствует термические свойства  A0, A, As,  тогда на основании уравнения (1) имеем:  A0=a+bt0 ,

  A=a+bt, 

  As=a+bts.

       В непрерывном ряду температур выберем  t0 за основную температуру и придадим ей значение нуля, кроме того, интервал между  t0 и  ts  примем эталонным и равным  n  единицам (градусам). Тогда будем иметь:

t0  A0 = a,

ts = n  A=a+bt,

  As=a+bn   

Таким образом, произвольным принятием  линейной зависимости между свойством вещества и температурной, произвольным выбором нулевой температуры и интервалом температур в качестве единицы может быть установлена термометрическая шкала. 

Отсюда следует, что термометрических шкал может построено сколь угодно много.

В настоящее время используется две температурные шкалы.

1. Международная практическая шкала ( шкала Цельсия) градированная в градусах Цельсия (0С) по двум реперным точкам -  температурам замерзания и кипения воды при нормальном атмосферном давлении ( 1,013.105 Па), которые принимаются соответственно 00С и 1000С.

2. Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина), градуированная в градусах Кельвина (К) определяется по одной реперной точке – тройной точке воды – температуре, при которой лед, вода и насыщенный пар давлении 609 Па находится в термодинамическом равновесии. Температура этой точки по данной шкале равна 372, 16 К. Температура  T = 0 K ( по шкале Цельсия – 273,15 0С) называется нулем Кельвина или абсолютным нулем температуры. 

Термодинамическая температура (T) и температура ( t ) по Международной практической шкале связаны соотношением

T = 273,15 + t

       Температура тройной точки воды по шкале Цельсия равна 0,01 0С.

Термометры

Термометры всегда показывает собственную температуру. Только через определенное время эта температура становится равной температуре окружающей среды. Иначе говоря, термометром свойственна определенная инерционность. Кроме того, они могут изменять измеряемую температуру среды.

Жидкостные термометры

Длина столбика жидкости - ртути, спирта, толуола, пентана и т. д. служит мерой температуры. Интервал измерений ограничен температурами кипения и замерзания данной жидкости. Если температура неодинакова по длине столбика жидкости, то возможны незначительные ошибки измерения.

Металлические термометры

Металлический термометр представляет собой биметаллическую пластинку, т. е. пластинку, сваренную или склепанную из полосок двух различных металлов. Вследствие разницы в тепловом расширении металлов пластинка при нагревании будет изгибаться. Из длинной пластинки сгибают спираль. Наружный конец спирали закрепляют, а ко внутреннему прикрепляют стрелку, которая указывает по шкале соответствующую температуру.

Термометры сопротивления

Сопротивление металлов меняется с температурой. Сила тока в цепе зависит от сопротивления проводника, а следовательно и от его температуры. Преимущество  термометра сопротивления состоит  том, что измерительный и место, где измеряется температура, могут быть разнесены на значительное  расстояние. В качестве сопротивления в основном применяется тонкая отожженная платиновая проволока. 

Термоэлектрические термометры

Если из двух разнородных металлов составит цепь и места соединения t1 и t2, то в цепи возникнет электродвижущая сила, называемая термоэлектрической. Такое соединение разнородных проводников называется термопарой. Термопары могут изготовляется из различных материалов. Они находят широкое применение для измерения и контроля постоянства температур в широких пределах. Самые точные и стабильные термопары составляют из благородных металлов: чистой платины и сплава платины и родия (платинородий). Максимальный предел измерения 16000С.

Для технических измерений используют термопары: хромель – алюмель (ХА) и хромель – копель (ХК).

Иногда используют термопары медь – константан, медь – копель, железо – копель, медь – железо, никель – железо, константан – железо которые не изготовляются в массовом количестве. 

Оптический пирометр

Для измерения высоких температур, где не могут быть применены описанные выше приборы, используются оптический пирометры. Он служит измерителем одноцветного ( монохроматического) излучения. 

Принцип действия оптический пирометра основан на сравнении яркости свечения нагретого тела и раскаленной нити специальной фотометрической лампы накаливания, расположенной между глазом наблюдателя и измеряемым объектом. Сравнение происходит через красный светофильтр, пропускающий излучение только определенной длины волны ( около 0,65 мк) 

1- фотометрическая лампа, 2- объектив, 3- окуляр, 4 – реостат регулировки накала лампы, 5 – указатель температуры. 

Порядок выполнения работы

Задание -1. Изучение основных характеристик приборов которые измеряют  температуру. Определить принцип действия  этих приборов, класс точности, цену деления, предел  измерения, марка прибора. 

Задание -2.  Измерить  температуру различных агрегатных состояниях. Определить и оценить недостатки и преимущество различных измерительных приборов температуру

Составит отсчет о проделанной

Контрольные вопросы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6