Описание лабораторной установки

 

Установка (рис.8.1) состоит из электрической печи сопротивления 1, содержащей нагревательный элемент в виде нихромовой проволоки 2, огнеупорный внутренний слой кладки 3, в котором расположена проволока 2, теплоизоляционный слой кладки 4 и металлический корпус 5. В рабочем пространстве печи установлен металлический образец 6 с термопарой 7, подключенной к милливольтметру 8. Сила тока, приходящего через нагреватель2, определяется амперметром 9, а напряжение – вольтметром 10. Рабочее пространство закрыто сверху теплоизоляционной крышкой 11, имеющей отверстие 12 для вывода проводников термопары 13 и 14. В работе используется также калориметр 15, представляющий собой сосуд 16, размещенный в корпусе 17 с кольцевым зазором, заполненным теплоизоляционным материалом 18. Сосуд 16 заполнен водой 19 и закрывается крышкой 20 с отверстием для ввода термометра 21. Образец 6 устанавливается в сосуд 16 на изоляционную подкладку 22.

Принцип действия термопары основан на возникновении термоЭДС между горячим и холодным спаем проводников 13 (хромель) и 14 (алюмель) с различными теплофизическими свойствами. Разность потенциалов пропорциональна разности температур.

 

 

 

а – электрическая печь; б – калориметр

 

Рисунок 8.1 – Схема лабораторной установки

.

Ход работы

 

1 В рабочее пространство печи поместить образец 6, установить термопару 7 и закрыть печь крышкой 11.

2  Включить установку в сеть.

3 Измерить силу тока, напряжение и температуру образца и занести результаты в таблицу результатов измерений 8.1. Зафиксировать время начала работы печи.

4 Через каждые 100°С нагрева образца фиксировать время достижения температуры, силу тока и напряжение и заносить данные в таблицу результатов измерений.

5 Измерить начальную температуру воды в калориметре и занести результат в таблицу 8.1.

6 После нагрева образца до 300°С вынуть его из печи и поместить в калориметр. Определить максимальную температуру воды (примерно через 10 мин. после помещения образца в воду) и занести ее в таблицу 8.1.

 Убрать образец из калориметра.

 

Таблица 8.1 – Результаты измерений

 

№	Время нагрева, с	Темпе-ратура образца, ^0С	Величи-на тока, А	Напряжение, В	Температура воды в калориметре, ^0С
					начальная t^нв	конечная t^кв
1
2
3

Порядок расчета

 Определить массу образца:

,

где V - объем образца, м³;

            d - диаметр образца, м; d = 0,055м;

            l - длина образца, м; l = 0,12м;

            r - плотность стали, кг/м³; r = 7800кг/м³.

 Определить количество теплоты, полученное образцом в каждом интервале (20…100°С; 100…200°C; 200…300°С):

 

 

где h _к, h _н – cоответственно, теплосодержание образца при конечной и начальной температурах, кДж/кг, выбирается по таблице 8.2.

 

Таблица 8.2 – Теплосодержание стали

Температура образца, ^0С	20	100	200	300
Теплосодержание стали, кДж/кг	8,4	48,8	102,0	156,6

 

 Определить приход тепла в печь для каждого интервала температур:

 

Q _прик = IU τ · 10^-3,

где τ - время нагрева образца в каждом интервале, с.

 Определить общее количество полезно затраченного тепла:

 

.

 Определить термический КПД печи для каждого интервала нагрева:

 

.

 

Определить плотность теплового потока на поверхности нагреваемого образца для каждого интервала времени:

 

,

где F - площадь поверхности образца, м,

 

.

 

 Определить количество теплоты, переданное образцом калориметру:

 

,

 

где m _в - масса воды в калориметре, кг; m _в = 7 кг;

          С_в - теплоемкость воды, кДж /(кг·⁰С); С_в = 4,21кДж /(кг·⁰С);

          m_c - масса сосуда калориметре, кг; m _с = 3кг;

          С_с - теплоемкость материала сосуда, кДж /(кг·⁰С); С_с = 0,56кДж/(кг·⁰С);

          t _в ^н - начальная температура воды и сосуда, ⁰С;

          t _в ^к - конечная температура воды и сосуда, ⁰С.

8 Определить погрешность расчета количества теплоты, полученного образцом:

.

9 Вычислить скорость изменения темпераратуры образца для каждого интервала температур:

,

 

где t _к, t _н - начальная и конечная температуры образца для каждого интервала температур, ⁰С;

            t - время для каждого интервала температур, с.

10 Построить графики зависимости скорости изменения температуры образца, КПД печи и плотности теплового потока от времени нагрева:

,

где t - время от начала нагрева до достижения образцом соответственно температур 100^оС, 200^оС, 300^оС.

11 Сделать выводы о характере изменения параметров нагрева с течением времени и о точности теоретического и практического определения теплосодержания образца.

 

Контрольные вопросы

 

Классификация электрических печей.

Что входит в понятие "электропечная установка"?

Перечислите основные параметры электропечной установки.

Какие виды электрических печей сопротивления вы знаете?

Где применяются электрические печи?

На что расходуется энергия в электрических печах?

Какие виды тепловых потерь вы знаете в электрических печах?

Что характеризует термический КПД печи?

Как рассчитывается количество теплоты, полученное печью?

Как определить количество полезно затраченного тепла?

Как определяется теплосодержаниеобразца в калориметре?

Как определяется плотность теплового потока на поверхности образца?

Лабораторная работа 9