Как измерить температуру металлического цилиндра (8 видео)

Содержание

Лабораторная работа №2 Измерение удельной теплоемкости твердого тела
Цель работы
Приборы и материалы
Указания к работе
Как измерить температуру металлического цилиндра
Главное меню
Судовые двигатели
Лабораторная работа № 3 «Измерение удельной теплоемкости твердого тела» для 8 класса
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Оставьте свой комментарий
Подарочные сертификаты
💡 Видео

Видео:Как измерить плотность металла (и любого твердого вещества)Скачать

Лабораторная работа №2
Измерение удельной теплоемкости твердого тела

Цель работы

Определить удельную теплоёмкость металлического цилиндра.

Приборы и материалы

Стакан с водой, калориметр, термометр, весы, гири, металлический цилиндр на нити, сосуд с горячей водой.

Указания к работе

1. Налейте в калориметр воду массой 100 — 150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды.

2. Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте её температуру (эта температура и будет начальной температурой цилиндра). Затем опустите его в калориметр с водой.

3. Измерьте температуру воды в калориметре после опускания цилиндра.

4. С помощью весов определите массу металлического цилиндра, предварительно обсушив его.

5. Все данные измерений запишите в таблицу.

а) количество теплоты Q₁, которое получила вода при нагревании:

Q₁ = c₁m₁(t — t₁),

c₁ — удельная теплоёмкость воды;

б) количество теплоты Q₂, отданное металлическим цилиндром при охлаждении:

Q₂ = c₂m₂(t₂ — t),

c₂ — удельная теплоёмкость вещества цилиндра, значение которой надо определить.

Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании, равно количеству теплоты, отданному цилиндром при охлаждении, можно записать:

Q₁ = Q₂ = c₁m₁(t — t₁) = c₂m₂(t₂ — t).

В полученном уравнении неизвестной величиной является удельная теплоемкость c₂; . Подставив в уравнение значения величин, измеренных на опыте, вычислите c₂ — удельную теплоёмкость вещества, из которого изготовлен цилиндр. Сравните её с табличным значением.

Видео:Комплект 7. Измерение удельной теплоемкости металлического цилиндраСкачать

Как измерить температуру металлического цилиндра

Главное меню

Судовые двигатели

Процесс передачи тепла от газов к охлаждающей жидкости в цилиндре двигателя разбивается на три этапа: теплоотдача от газов к стенке цилиндра; теплопередача через стенки цилиндра и теплоотдача от наружной поверхности стенок цилиндра к охлаждающей среде. Теплоотдача от газов к стенке цилиндра происходит главным образом путем соприкосновения. Радиационная составляющая теплообмена принимается равной около 5% . Однако некоторые исследования последних лет показывают, что лучистый теплообмен в цилиндре дизеля достигает 15% от всего передаваемого тепла. При установившемся тепловом потоке, и если принять стенку цилиндра плоской, согласно закону Ньютона, количество теплоты, переданное от газов к 1 м 2 поверхности стенки в течение часа, будет равно

где ? _г — коэффициент теплоотдачи от газов к стенке путем соприкосновения в ккал1м 2 град·ч;

Т _Г — температура газов в цилиндре;

Т ₁ — температура внутренней поверхности стенки цилиндра (рис. 106).

Количество теплоты, передаваемое лучеиспусканием от газов к стенке, согласно закону Стефана-Больцмана, будет равно

Здесь Т _п — температура во фронте пламени, которая, по опытным данным, выше температуры газов примерно на 25% .

Суммарное количество теплоты, передаваемое от газов к стенке,

Обычно, ввиду малого значения, величиной q _л пренебрегают, а потому

Количество теплоты, передаваемое через стенку цилиндра, согласно закону Фубье,

исключим температуру наружной поверхности стенки цилиндра Т ₂ , определим тепловую нагрузку цилиндра в зависимости от температуры внутренней поверхности стенки цилиндра Т ₁ и температуры охлаждающей воды Т _в :

Последнее уравнение показывает, что чем больше тепловая нагрузка цилиндра, чем выше температура охлаждающей воды T _в , и чем больше толщина стенки цилиндра s’, тем выше будет температура внутренней поверхности стенки цилиндра.

Температурный перепад по толщине стенки цилиндра равен

Возникающие тепловые напряжения в стенках цилиндра пропорциональны температурному перепаду и их толщине.

Отсюда следует, что с увеличением тепловой нагрузки и толщины стенок цилиндра тепловые напряжения в стенках его возрастают.

Подставляя в формулу (173) значение допустимой температуры внутренней поверхности стенок цилиндра t ₁ °С, получим значение максимально допустимой тепловой нагрузки цилиндра (при данных значениях t _в , ? _в , s’ и ? ₀ ):

Обозначим термическое сопротивление теплопередачи от внутренней поверхности стенок цилиндра к охлаждающей воде через

тогда уравнение тепловой нагрузки можно написать так:

Отсюда находится мгновенное значение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра

Вследствие пульсирующего теплового потока в цилиндре двигателя температура внутренней поверхности стенок его колеблется. Опытные данные показывают, что эти колебания незначительны и ими можно пренебречь. Температура значительно изменяется вдоль поверхности цилиндра и поршня. На рис. 107 показаны типичные температурные кривые поршня без жидкостного охлаждения, а на рис. 108 — типичная кривая изменения температуры внутренней поверхности стенок цилиндра.

На рисунках также показаны значения температур поршня из алюминиевого сплава и втулки цилиндра на глубине 0,38 мм быстроходного двигателя п = 2 000 об/мин. ( D = 121 мм, S = 140 мм) при температуре охлаждающей воды 70° С и скорости ее потока в зарубашечном пространстве 0,152 м/сек. Рассмотрение температурных кривых показывает, что средняя температура направляющей .части поршня мало отличается от температуры внутренней поверхности стенки цилиндра, а следовательно, теплопередача от поршня через направляющую часть его является незначительной. Наибольшая разница температур имеет место между боковой поверхностью головки поршня (в районе верхних двух колец) и поверхностью втулки цилиндра, а отсюда можно сделать вывод, что наибольшее количество теплоты отводится от поршня через верхние поршневые кольца.

Как следует из формулы (161), тепловая нагрузка цилиндра возрастает пропорционально увеличению его диаметра:

В связи с этим конструкция головки поршня (особенно при больших диаметрах цилиндров) должна обеспечить наиболее равномерный отвод тепла и тем самым не допускать большого перепада температур в донышке поршня.

Увеличение тепловой нагрузки донышка поршня при наддуве мощных дизелей послужило причиной замены масляного охлаждения головки поршня водяным. Масляное охлаждение, вследствие малой теплоемкости масла, не всегда достигает требуемого снижения температуры поршня и поршневых колец.

На рис. 109 показано распределение температур в поршне с масляным охлаждением и верхней части рабочей втулки опытного цилиндра двухтактного дизеля фирмы «Зульцер» с диаметром цилиндра 760 мм и р _е = 7 кГ/см 2 (цилиндровая мощность 1500 л. с.). Донышко поршня имеет одинаковую толщину, оно плоское с уклоном по периферии. Верхняя часть втулки цилиндра защищена от непосредственного воздействия пламени вставным кольцом, изготовленным из жаропрочной стали и, благодаря наличию ребер, имеет интенсивное охлаждение.

Как видно из рис. 109, температурный перепад для чугунной втулки цилиндра допустим, но все же довольно высок. Особенно высоким является перепад температур в донышке поршня.

На рис. 110 показано распределение температур в поршне и во втулке цилиндра этого же дизеля (РД-76) с водяным охлаждением при р _е =10 кГ/см 2 . Наличие ребер внутри головки поршня позволило уменьшить толщину днища поршня. Уменьшение толщины днища поршня и применение водяного охлаждения позволили снизить температурный перепад в поршне, несмотря на повышенное значение среднего эффективного давления (р _е = 10 кГ(см 2 ).

Среднее значение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра (T ₁ ) _ср в соответствии с формулой (177) будет равно

где значения (? _г Т _г ) _ср и (? _г ) _ср определяются путем планиметрирования площади под кривыми ? _г = f (?) и ? _г Т _г = f(?) (? — угол поворота вала двигателя).

Мгновенное значение температуры газов Т _г определяется из уравнения состояния

где значения р и V в зависимости от угла ? определяются по индикаторной диаграмме двигателя;

G — вес свежего заряда цилиндра с учетом остаточных газов.

Средняя результирующая температура газов по теплопередаче определяется из условия равенства передачи тепла стенке при пульсирующем потоке тепла за один цикл и в предположении стационарного потока:

Коэффициент теплопередачи от наружной поверхности втулки рабочего цилиндра к охлаждающей воде

Средняя температура стенки втулки цилиндра

Количество теплоты, выделяющееся в цилиндре в течение одного часа,

Доля тепла от выделяемого в цилиндре и передаваемая охлаждающей воде,

Видео:Опыты по физике. Теплоемкость металловСкачать

Лабораторная работа № 3 «Измерение удельной теплоемкости твердого тела» для 8 класса

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

Цель работы: измерить удельную теплоемкость металлического цилиндра и сравнить ее с табличным значением.

Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, сосуд с горячей водой, металлический цилиндр на нити.

Тренировочные задания и вопросы. —

медь: с = 380 ,

На сколько джоулей увеличилась внутренняя энергия каждого кубика?

Для изменения температуры нафталина, никеля и латуни массой 1 кг на 1 0 C требуется 130, 460 и 400 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?

нафталин с =________; никель с =__________;

Подготовка и проведение эксперимента.

Налейте в калориметр воду массой 150 г комнатной температуры. Измерьте температуру воды t _1.

Нагрейте цилиндр в сосуде с горячей водой. Измерьте температуру горячей воды t ₂ (эта температура и будет начальной температурой для цилиндра)

Опустите цилиндр в калориметр с холодной водой. Измерьте температуру нагревшейся от цилиндра воды , t .

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

Начальная температура воды

Количество теплоты, полученное водой при нагревании:

Количество теплоты, отданное металлическим цилиндром:

Сравните полученный результат с табличным значением и определите материал, из которого изготовлен цилиндр.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

В Москве стартует онлайн-чемпионат для школьников Soft Skills — 2035

Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Минобразования Кузбасса рекомендовало техникумам и школам уйти на каникулы до 7 ноября

В России запустили «Школу общественной дипломатии» для малочисленных народов

Минобрнауки утвердило перечень олимпиад для школьников на 2021-2022 учебный год

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.