Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Работа № 10
Определение коэффициента термического
расширения (линейного) твердого тела.
10.1. Назначение
Оборудование и элементы системы изображены на схеме 10:
10.2.1. Проволока из исследуемого материала (2), натянутая внутри теплоизоляционной трубки (1). Верхний конец проволоки закреплен на штативе, нижний конец проволоки закреплен на поводке микрометра-индикатора (5). Снизу к поводку микрометра-индикатора прикреплен груз (4), служащий для поддержания проволоки в натянутом состоянии. К проволоке (2) сверху и снизу подведены провода, по которым подводится ток для нагрева проволоки.
Параметры:
- длина проволоки между точками подключения проводов: 1 м;
- диаметр проволоки: 0,10,3 мм (задается);
- шкала микрометра:
большая 0,1 мм на один оборот, цена деления - 1 мкм.
маленькая 1 мм на один оборот, цена деления - 0.1 мм
10.2.2. Контрольное сопротивление (7) служит для контроля тока, протекающего через проволоку. Изготовлено из константана и имеет: а) пренебрежимо малый термический коэффициент сопротивления; б) большую мощность рассеяния, что позволяет пренебречь его нагревом при протекании тока. Сопротивление (7) может принимать два значения - 10 Ом и 30 Ом, переключаемые тумблером (11).
10.2.3. Блок питания (8) позволяет регулировать подаваемое напряжение в пределах 050 В. Блок питания имеет функции ограничения выходной мощности: при превышении выходной мощности () величины 150 Вт, дальнейший рост напряжения блокируется. Благодаря этому температура проволоки не может превысить 400 С. Подача напряжения в систему осуществляется с пульта (12).
10.2.4. Цифровые четырехзнаковые вольтметры (9) и (10) служат для измерения падения напряжения на сопротивлении (7) и на проволоке (2). Переключатели диапазона измерения служат для более точного измерения величин.
10.3. Работа отдельных узлов
10.3.1. При выполнении работы предполагается температура окружающего воздуха равной 20С. По заданному материалу проволоки и ее диаметру вычисляется начальное сопротивление проволоки:
где: - удельное сопротивление при 20 С;
- длина проволоки (1 м);
- сечение проволоки (м2).
В данной работе могут использоваться следующие материалы проволоки:
- медь
- нихром
- сталь
- аллюминий
|
материал |
уд. сопр. Омм 10-8 |
темп. коэфф. сопр. х10-3 град-1 |
темп. коэфф. линейного расш. х10-6 град-1 |
|
|
1 |
вольфрам |
5,5 |
4,6 |
4.3 |
|
2 |
сталь |
9,8 |
6.0 |
11.5 |
|
3 |
аллюминий |
2,7 |
4,2 |
23.1 |
|
4 |
медь |
1,7 |
4.3 |
16.7 |
При подаче на установку напряжения температура проволоки рассчитывается по итерационной схеме:
1. При первом проходе температура проволоки принимается равной , при дальнейших проходах принимается равной температуре, вычисленной на этапе 3.
2. Находим сопротивление проволоки при температуре ; ток, текущий по цепи ; мощность, выделяемую на проволоке .
, - коэффициент температурного
сопротивления;
3. Находим температуру проволоки:
, =0,21 - коэффициент теплоотдачи.
4. Если , то температура проволоки принимается равной , иначе возвращаемся на этап 1.
После расчета температуры проволоки определяем изменение ее длины (соответственно показания микрометра) при этой температуре:
, - коэффициент линейного расширения.
10.3.2. Параметр релаксации = 60 сек.
10.3.3. Требуемые погрешности измерений при выполнении работы обеспечиваются округлением величин напряжений и до пределов измерения цифровых вольтметров.
10.4. Ошибки.
10.4.1. Температура проволоки в данной работе не должна превышать 120 С. При превышении этой температуры надо увеличивать коэффициент термического расширения при удлинении (на 1% на каждый градус превышения температуры). При уменьшении температуры в интервале 120... С (то есть при сокращении длины) коэффициент термического расширения наоборот уменьшается от нормального (на 1% на каждый градус превышения температуры). Таким образом имитируется эффект термической усталости.
10.5. Начальные параметры
10.5.1. Преподавателем задается: тип материала проволоки, а также диаметр проволоки. Выбор материала осуществляется из фиксированного списка (см. таблицу в п.10.3.1), диаметр - произвольно в интервале 0.10.3 мм.
10.5.2. Начальные параметры по умолчанию:
- температура окружающая 20 С.
- БП выключен
- напряжение (при включении БП) 0 В
- НАГРЕВ выключен
- нагрузочное сопротивление в положении "30 Ом"
- вольтметры в режиме "100 В"
- стрелки индикатора (микрометра) - в произвольном положении.
10.6. Цветовые и визуальные эффекты
10.6.1. Цвет проволоки меняется по шкале температура-цвет.
10.6.2. Показания индикатора изменяются в соответствии с рассчитанным удлинением проволоки.
10.6.3. При превышении температуры проволоки 120 С вокруг проволоки надо изобразить "ореол" красного сияния.
10.7. "ЖУРНАЛ"
10.7.1. Временной интервал записи:
- немедленно при: изменении напряжения, включении/выключении нагрева, изменении нагрузочного сопротивления.
- иначе через 10 сек.
10.7.2. Данные строки "таблицы параметров":
1) время
2) НАГРЕВ
3) БП
4) напряжение (В), установленное на БП
5) напряжение на нагрузочном сопротивлении
6) напряжение на проволоке
7) рассчитанная температура проволоки
8) показания индикатора в формате М - ББ , где М - показания по внутренней
(маленькой) шкале, ББ - показания по внешней (большой) шкале.
Схема 10.