Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил



Скачать 386.02 Kb.
страница2/6
Дата17.05.2013
Размер386.02 Kb.
ТипМетодические указания
1   2   3   4   5   6

Приложение.


Физические параметры сухого воздуха при нормальном

атмосферном давлении.

Таблица 4.

t1

ср

r

l102

m106

n106

Рr

0С

кДж/(кгК)

кг/м3

В/(мК)

Пас

м2

-

10

1,005

1,247

2,51

20,06

14,16

0,705

20

1,005

1,205

2,59

21,42

15,06

0,703

30

1,005

1,165

2,67

22,54

16.00

0,701

40

1,005

1,128

2,75

24,26

16,96

0,699

50

1,005

1,098

2,82

25,72

17.95

0,698

60

1,005

1,06

2,89

27,26

18,97

0,696

70

1,009

1,029

2.
96

28,85

20,02

0,694

80

1,009

1

3,04

30,48

21,09

0,692

90

1,009

0,972

3,12

32,03

22,1

0,69


Цель работы - экспериментально определить коэффициент излучения электропроводящего материала в зависимости от температуры и характеристик поверхностей (шероховатости и степени окисления).




КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ



Все нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме со скоростью света С = 299,8106 м/с.

От длины волны зависит действие излучения при падении его на вещество (табл. 1).
Примерная классификация электромагнитных колебаний.

Таблица 1.

Виды излучения

Длина волны излучения l, м

Космическое (корпускулярное)

n - излучение

Рентгеновское

Ультрафиолетовое

Видимое

Тепловое (инфракрасное)

Электромагнитные волны

Порядка 0,0510-12

0,0510-12 ¸ 0,110-12

110-12 ¸ 2010-9

2010-9 ¸ 0,410-6

0,410-6 ¸ 0,810-6

0,810-6 ¸ 0,810-3

0,210-3 ¸ 103


Тепловое излучение, заполняющее некоторую область пространства, как процесс распространения электромагнитных волн, испускаемых телом, совершенно не зависит от температуры окружающей среды.

В противоположность лучистому переносу энергии тепловой поток, возникающий в твердых, жидких и газовых телах под влиянием теплопроводности и конвекции, связан с температурным полем через градиент температуры.

Большинство твердых и жидких тел излучают энергию всех длин волн, т. е. имеют сплошной спектр излучения с l от 0 до ¥. К таким телам относятся непроводники и полупроводники электричества, а так

же металлы с окисленной шероховатой поверхностью. Чистые металлы с полированной поверхностью, газы и пары излучают энергию дискретно в определенных интервалах длин волн (имеют прерывистый спектр.

Твердые и жидкие тела имеют значительные поглощательную и излучательную способности. Эти процессы у них протекают в тонких поверхностных слоях.

Интенсивность излучения зависит от природы тела, его теплового состояния (температуры), длины волны, состояния поверхности, а для газов и паров еще от толщины слоя и давления, так как их излучение и поглощение осуществляются всеми частицами объема вещества.

Процесс лучистого теплообмена между телами – это процесс превращения тепловой энергии в лучистую и обратно. Лучеиспускание свойственно всем телам при температурах, отличных от абсолютного нуля. Количество энергии излучения, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность Е, Вт называется потоком излучения. Различают монохроматический и интегральный потоки излучения,

Из энергии излучения абсолютно черного тела Е0, которая падает на тело в результате излучения других тел, часть ЕА поглощается телом, часть ЕR отражается, часть ЕD проходит сквозь него, если оно прозрачное. Следовательно,

, (1)

где А, R, D - поглощательная, отражательная и пропускательная способности тела, соответственно:, , .

Отсюда

А + R + D = 1. (2)

В природе не существует идеальных тел. Нет ни абсолютно черного тела (подстрочный индекс – 0), у которого А = 1, ни абсолютно белого - R = 1, ни абсолютно прозрачного (диатермичного) - D = 1.

Введение в рассмотрение процессов идеальных тел необходимо, так как они дают предельные значения свойств, которые не достижимы реальными телами. Так, при переносе теплоты излучением между реальными телами для каждого из них

А ¹ R ¹ D ¹ 1, (3)

но в общем случае справедливо соотношение (2).

Значения А, R и D зависят от природы тела, состояния поверхности, температуры и длины волны излучения. Например, обычное

6. График возрастания коэффициента излучения у меди в зависимости от качества излучающих поверхностей.

7. Расчеты погрешностей результатов исследований.

8. Выводы.

Библиографический список
1. Клименко А.В., Зорин В.М.. Теоретические основы теплотехники. – М.: Изд-во МЭИ, 2001. - 561 с.

2. Мазур Л. Техническая термодинамика и теплотехника. - М.: ГЭОЭР-МЕД, 2003. - 350 с.

3. Теория тепломассообмена. Учебник для технических университетов и вузов / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева – 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 683 с.

4. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. - М.: Высшая школа, 2003. - 261 с.

5. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1981. - 486 с.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977. - 319 с.

7. Мухачев Г. А., Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1991. - 479 с.

8. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1980. - 261 с.

9. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. - М.: Энергия, 1979. - 319 с.

10. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена / Под ред. В. Крутова, Г. Петражицкого. - М.: Высшая школа, 1986. - 383 с.

11. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. - М: Высшая школа, 2001. - 550 с.

12. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

13. Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену. Учебное пособие для теплоэнергетических специальностей вузов. - М.: МЭИ. 1997. - 136 с.

6. Что называется поглощательной и излучательной способностью твердых и жидких тел?

7. Каким спектром излучения обладают непроводники, полупроводники электричества и металлы с окисленной поверхностью?

8. Каким спектром излучения обладают металлы с полированной поверхностью, газы и пары?

9. От чего зависит интенсивность излучения твердого тела?

10. От чего зависит интенсивность излучения газов и паров?

11. Какие потоки излучения Вы знаете?

12. Что такое спектральная плотность потока излучения?

13. Что такое поглощательная, отражательная и пропускательная способности тела?

14. Сформулируйте закон Планка для абсолютно черного тела.

15. Сформулируйте закон Вина для .

16. Сформулируйте закон Стефана-Больцмана.

17. Определите понятия коэффициента излучения.

18. Дайте определение спектральной степени черноты.

19. Определите понятие «степень черноты».

20. Сформулируйте закон Кирхгофа.

21. Что такое собственное и отраженное излучение?

22. Что такое эффективное излучение?

23. Как определяется результирующее излучение?

24. Определите, что такое "угловой коэффициент излучения».

25. Как определяется результирующий поток излучения?

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет о работе должен содержать.

1. Формулировку цели работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Принципиальную схему экспериментальной установки и ее описание.

4. Порядок проведения опыта.

6. Таблицы экспериментально замеренных и вычисленных величин.

5. Графики зависимости коэффициентов излучения и степени черноты металлических проволок от температуры.

стекло пропускает видимые лучи и является непроницаемым для ультрафиолетовых лучей и в очень малой степени проницаемо для тепловых лучей.

Законы теплового излучения получены применительно к идеальному абсолютно черному телу и термодинамическому равновесию.

Равновесным тепловым излучением называют тепловое излучение тел в замкнутых изотермных системах. Тепловое излучение имеет динамический характер. Тела в равновесной термодинамической системе одновременно излучают и поглощают энергию в одинаковых количествах, а результирующий поток энергии равен нулю ( = 0).

Отношение плотности потока излучения, испускаемого в бесконечно малом интервале длин волн, к величине этого интервала длин волн называется спектральной плотностью потока излучения Еl.

Зависимость спектральной плотности потока излучения от длины волны и температуры для абсолютно черного тела устанавливается законом Планка:

, (4)

где Е0l - спектральная плотность потока излучения (спектральная интенсивность излучения) абсолютно черного тела, Вт; e - основание натуральных логарифмов; С1 = 3,7410 –16 Вт/м2 и С2 = 1,43810-2 мК – постоянная закона Планка; l - длина волны, м; Т – абсолютная температура, К.

Излучение абсолютно черного тела имеет непрерывный спектр и зависит только от температуры и длины волны. При длинах волн l = 0 и l = ¥ спектральная плотность излучения равна нулю. С повышением температуры при данной длине волны Е0l возрастает. Спектральная плотность потока излучения Е0l имеет свое максимальное значение при каждой температуре излучения (рис. 1).

С увеличением температуры абсолютно черного тела максимум смещается в сторону коротких волн.

Длина волны lmах, на которую приходится максимум при данной температуре Т, определяется следующим образом:

lmах Т = 2,897810-3 мК (5)

Соотношение (5) составляет содержание закона Вина.



Рис.1. Спектры излучения абсолютно черного тела.
Пользуясь уравнением (5), можно вычислить температуру тела по распределению интенсивности в его спектре, рассматривая тело как черное или серое. Для Солнца lm » 0,48 мК, тогда температура его поверхности Т » 6000 К.

Закон Планка получен для абсолютно черного тела, а для нечерных тел он выражает максимально возможную плотность потока излучения.

Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость плотности потока интегрального полусферического излучения абсолютно черного тела Е0 от температуры:

, (6)

где Е0 – плотность потока интегрального полусферического излучения абсолютно черного тела, Вт/м2; С0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

С0 = 5,6687 Вт/(м2К4), Т – абсолютная температура тела.

Закон Стефана-Больцмана строго справедлив для серого излучения (рис. 2).

Предел допускаемой абсолютной погрешности определения электрической мощности

,

где Iн и Uн – номинальные значения тока и напряжения соответственно; DIн и DUн – пределы допускаемых значения погрешности в соответствии с классом точности и шкалой прибора.

Предел допускаемой относительной погрешности определения электрической мощности находится из соотношения

.

Погрешность в определении температуры вольфрамовой проволоки принять равной ± 2%.

Погрешность в определении сопротивления проволоки принять равной ±5%.

Погрешность в определении удельного сопротивления принять равной ±1%.

Погрешность измерения температуры воды Т2 принять равной ±1%.

Относительная погрешность определения коэффициента излучения проволоки находится из следующего уравнения:

.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как она достигается.

2. Назовите основные элементы экспериментальной установки и укажите их назначение.

3. Каков порядок проведения опытов?

4. Что такое «тепловое излучение»?

5. Что такое «лучистый теплообмен»?

имитационной установке для каждого режима нагрева и теплообмена необходимо учитывать класс применяемого измерительного прибора и его допустимые погрешности измерений в соответствии с метрологическими требованиями ГОСТ 8.009-84 и ГОСТ 8.508-86. Практически при выполнении работы на каждом заданном стационарном режиме нагрева проводятся однократные измерения электрических и температурных параметров. Поэтому при оценке погрешностей рекомендуется следующий порядок расчета.

Определяется класс точности измерительного прибора и оценивается погрешность измерения величины на избранном диапазоне измерений. (Для стрелочных приборов предел погрешности отсчета принимается равным 0,5 деления шкалы). Предел допустимой основной погрешности средства измерения оценивается по формуле

,

где Хн – нормируемое значение измеряемой или определяемой физической величины; g - предел допускаемой погрешности прибора (класс точности прибора).

Предел допустимой погрешности измерения силы тока нагрева - DIн определяется по формуле

,

где Ік – предел измерения тока, Іх – значение измеряемого тока.

Предел допустимой погрешности измерения DU падения напряжения определяется по формуле

,

где DUk – предел измерения напряжения; DUх – показания напряжения.

Погрешность определения электрической мощности, затрачиваемой на нагрев вольфрамовой проволоки, оценивается как погрешность косвенных измерений с учетом класса точности измерительного прибора

.



Рис. 2. Плотность потока излучения в зависимости

от длины волны при одинаковой температуре:

1 – абсолютно черное; 2 – серое; 3 – селективное излучение.
Спектральная плотность излучения для каждого серого тела Еl составляет некоторую и притом одинаковую для всех длин волн и температур долю от спектральной плотности излучения Е0l абсолютно черного тела, то есть

(7)

Величина el называется спектральной степенью черноты ( спектральная относительная испускательная способность), численное значение которой зависит от физических свойств, качества поверхности того или иного серого тела.

Очевидно, что согласно условиям, определяющим серое излучение, спектры излучения серого и абсолютно черного тел при одинаковых температурах подобны друг другу, а интегральная степень черноты e равна спектральной el:

и (8)
Закон Стефана-Больцмана для определения плотности потока интегрального полусферического излучения серого тела записывается в виде:

, (9)

где С = eС0 - коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2К4). Сопоставляя энергии интегрального излучения серого и абсолютно черного тела (8), степень черноты e серого тела можно представить через отношение коэффициентов излучения:

. (10)

Значение e для серых тел лежит в пределах от 0 до 1, а коэффициент излучения от 0 до 5,6687 Вт/(м2К4).

Как показали опыты, большинство технических материалов (непроводники и полупроводники электричества, металлы в окисленном состоянии) в достаточной степени отвечают требованиям серого тела.

Применение закона Стефана-Больцмана к реальным телам, принимаемым за серые тела, является справедливым лишь в той мере, в какой можно допустить, что коэффициент излучения постоянен и не зависит от температуры. В действительности коэффициент излучения (степень черноты) этих тел определяется не только его природой и температурой излучающей поверхности, но и его состоянием. С увеличением шероховатости поверхности величина e заметно возрастает. Так, например, для тщательно полированной электролитной меди e = 0,018, а для продолжительно нагревавшейся, покрытой тонким слоем окиси, e = 0,78.

Коэффициент излучения или степень черноты в большинстве случаев определяются экспериментально.

В отличие от серых тел, тела с селективным излучением (рис. 2, область 3) могут излучать и поглощать энергию в определенных, характерных для каждого тела областях спектра.

Закон Кирхгофа устанавливает связь между свойствами тела как поглотителя энергии, и как излучателя ее и формулируется так: отно-

Протокол испытаний и результатов обработки данных.
Таблица 3.

Варианты

Паде-

ние

напря-

жения

U, В

Сила

тока

I, A

Температура воды

Рассчитываемые величины

а

б

Номер

режи

ма

Хар-ка

поверх-

ности

t2вх
0С

t2вых
0C

R1
Ом

Т1
К

Т2
К

Q1®2
Вт

e1
-

С1,



1





































Тщательно

полированная































2





































Полированная































3





































Продолжительно

нагреваемая































4





































Окисленная при

нагреве
































1   2   3   4   5   6

Похожие:

Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconТеория вероятностей и математическая статистика
Теория вероятностей и математическая статистика. Учебно-метод пособ по спец главам высш матем./ Самар гос техн ун-т. Сост. В. Н....
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconВарианты контрольных работ по политологии (второе высшее образование)
Методические указания и контрольные работы по политологии для студентов второго высшего образования / Отв ред. Ю. А. Ургалкин, Самара:...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconЛ. В. Лиманова л. А. Муратова интегралы, дифференциальные
Интегралы, дифференциальные уравнения, ряды (Задачи и решения): Учеб метод пособ по специальным разделам высшей математики/ Л. В....
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconИнформационный обзор
Текст] / гук «Самар обл универс науч б-ка», Справочно-информ отдел; Сектор науч информ по культуре, искусству, образованию, филологии;...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconМетодические указания по выполнению практических занятий
Безопасность эксплуатации грузоподъемных машин с истекшим нормативным сроком службы: Методические указания по выполнению практических...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconВыписка из методического пособия
Свирюкова В. Г., Ремизова Т. В. Определение индекса цитируемости : метод рекомендации / отв ред. Б. С. Елепов; Гос публич науч тех...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил icon1. Понятие гос-во. Признаки гос-ва
Результатом общества явл гос-во. Единой точки зрения понятия гос-ва нет. В разные исторические периоды давалось свое понятие гос-ва...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconБ. В. Тарев [и др.]; Байкальский гос ун-т экономики и права. 2-е изд., испр и доп. Иркутск : Изд-во бгуэп, 2008. 209 с
Иркутский гос ун-т, Междунар ин-т экон и лингвистики, Каф европ яз.; сост. И. С. Шильникова. Иркутск : Изд-во иг
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconТюрин А. М., 2008 год ам и Русь-Орда
Новой Хронологии А. Т. Фоменко и Г. В. Носовского. По результатам анализа сделан и частный вывод. Эмир, тимур, тамара, тамерлан,...
Г. М. Синяев. Самара; Самар гос тех. Ун-т, 2008. 28 с.: ил iconПроект четвертая стратегическая сессия «Программно-проектное наполнение целевых ориентиров развития городского округа Самара»
Муниципальное бюджетное учреждение городского округа Самара «Агентство экономического развития городского округа Самара»
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org