Etude de la conductivité thermique d'un solide par la méthode des couches cylindriques. Débuter en science Recherche de la conductivité thermique des matériaux

Conductivité thermique - performances des revêtements d'isolation thermique. En plus d'économiser le métal de base, ces revêtements permettent de réduire les pertes de chaleur et de protéger le métal de base des effets des flux thermiques.

Les méthodes stationnaires de détermination de la conductivité thermique se sont généralisées, dans lesquelles, bien que différentes, mais inchangées dans le processus de recherche, les températures en certains points du revêtement sont maintenues avec la direction de sa stratification perpendiculaire au flux de chaleur passant.

Ces méthodes sont divisées en absolue et relative. Dans les méthodes du premier groupe, la température d'un point quelconque du revêtement ne dépend que de sa position, mais pas du temps. Connaissant la répartition de la température dans le revêtement et la quantité de chaleur transférée, il est possible de calculer la conductivité thermique.

Dans des méthodes relatives, les champs de température dans le revêtement d'essai sont comparés à un matériau de référence précédemment étudié, par exemple, le verre de quartz de la marque KB.

La conductivité thermique n'est pas évaluée directement, mais est déterminée par recalcul, en comparant avec la norme.

Riz. 2.6.1. Installation de détermination de la conductivité thermique des revêtements par la méthode absolue :

1 - appareils de chauffage; 2 - goûter; 3 - four électrique; 4 - potentiomètre KSP4; 5 - bloc relais BR101 ; 6 - bloc de tâches BZ-02 ; 7 - contre-échantillon; 8 - thermos; 9 - verre intérieur du thermos

L'installation d'évaluation de la conductivité thermique à l'aide de la méthode absolue stationnaire est illustrée à la Fig. 2.6.1.

Pour créer un flux de chaleur dans le système de contre-échantillon de revêtement de métal de base, un four électrique tubulaire est utilisé, dans lequel les éléments chauffants (spirales) sont situés de sorte que l'échantillon ne soit chauffé que dans la moitié supérieure du four, où le des réchauffeurs en spirale sont situés, tandis que dans la moitié inférieure se trouvent une isolation en amiante et des convertisseurs thermiques pour mesurer la température de l'échantillon sur toute sa longueur.

Le thermos nécessaire au refroidissement du contre-échantillon et à la détermination du flux thermique ayant traversé le revêtement est constitué de deux verres isolants.

L'eau est fournie au verre intérieur.

La température de l'eau à l'entrée et à la sortie du thermos peut être mesurée avec des thermocouples en cuivre-constantan. Pour assurer un contact suffisant des surfaces d'extrémité de travail du contre-échantillon et de l'échantillon, une force est appliquée sur ce dernier R pas moins de 500 N.

La conductivité thermique est déterminée sur au moins trois échantillons de même taille, de structure identique et de même épaisseur de revêtement, qui sont appliqués selon le même mode technologique à la surface d'extrémité de l'échantillon (Fig. 2.6.2).

Riz. 2.6.2 Éprouvette pour essai de conductivité thermique

Pour chaque échantillon, en chaque point, au moins trois températures sont déterminées toutes les 20 minutes.

Simultanément, la température de l'eau à l'entrée et à la sortie est enregistrée.

Après avoir assuré l'échauffement nécessaire de l'échantillon et la stationnarité du flux thermique, il est possible d'effectuer des relevés sur tous les convertisseurs thermiques.

Pour chaque échantillon, en chaque point, au moins trois températures sont déterminées toutes les 20 minutes. Simultanément, la température de l'eau à l'entrée et à la sortie est enregistrée.

Riz. 2.6.3 Répartition de la température dans le système de contre-échantillon de revêtement de métal de base sur la longueur:

1 - échantillon de compteur; 2 - lieux d'installation des convertisseurs thermiques; 3 - métal de base; 4 - enrobage

Sur la base des résultats de la recherche, un graphique de la distribution de la température dans le système métal de base - revêtement - contre-échantillon est construit (Fig. 2.6.3). Selon le graphique, la température sur les surfaces intérieure et extérieure du revêtement est déterminée par extrapolation. Conductivité thermique, W / (m-K) est calculé par la formule :

où Q - flux de chaleur traversant le revêtement, W; c= 4,19 - - capacité thermique massique de l'eau, J / (kgK); V - débit massique d'eau traversant un thermos, kg/s ; - augmentation de la température de l'eau dans le thermos, ° С; - température de l'eau à l'entrée et à la sortie du thermos, ° С ; S - zone de couverture, m2 ; - température sur les surfaces intérieures et extérieures du revêtement, ° С.

D'autres installations sont connues pour évaluer la conductivité thermique par la méthode absolue. Donc, V.M. Ivanov avec sotr. Nous avons étudié les propriétés thermophysiques des revêtements plasma d'oxyde d'aluminium et de dioxyde de zirconium séparés du métal de base en utilisant la configuration illustrée à la Fig. 2.6.4. Un échantillon sous la forme d'un cylindre de 100 mm de long avec une épaisseur de paroi de 1 mm a été installé de manière à ce qu'une extrémité de celui-ci soit chauffée à partir des radiateurs électriques supérieurs et l'autre dans le bain eutectique. Un dispositif de sécurité, des écrans, une isolation en fibre de silice, la possibilité de mesurer le flux thermique sur une longueur relativement longue, tout cela éliminait l'imprécision de remplir les conditions de stationnarité. Le gradient de température a été déterminé par des convertisseurs thermiques.

Riz. 2.6.4 Installation de mesure de la conductivité thermique des revêtements par la méthode absolue sur échantillons cylindriques :

1 - échantillon de test; 2 - dispositif de sécurité ; 3 - écrans; 4- appareils de chauffage; 5- fonte eutectique ; 6- isolation thermique; 7-thermocouple

Dans les travaux de T.B. Buzovkin et al. la conductivité thermique des revêtements a été déterminée en utilisant des méthodes de mesure relatives. La simplification a été obtenue en comparant les champs de température dans les revêtements étudiés et de référence. Un matériau préalablement étudié a été choisi comme standard. Le flux de chaleur total a été mesuré à partir de l'échantillon de référence. Lors de l'évaluation de la conductivité thermique des revêtements, du quartz fondu avec une conductivité thermique déterminée à plusieurs reprises a été utilisé comme référence. Il est très stable et peut fonctionner sur une plage de température de 100 à 1700 K.

Dans le montage expérimental (Fig. 2.6.5), un échantillon de disque de 3 à 4 mm d'épaisseur et de 23 à 25 mm de diamètre a été placé entre les étalons de quartz fondu.

Riz. 2.6.5 Installation de mesure de la conductivité thermique par la méthode relative :

1 - goûter; 2 - étalons (quartz fondu); 3 - convertisseurs thermiques; 4 - tiges de silite; 5- réfrigérateur; 6- couvercle; 7- cargaison; 8- anneaux

L'échantillon a été fabriqué à partir d'un revêtement séparé du métal de base par meulage des deux côtés. La conductivité thermique a été mesurée dans des conditions de chauffage radiant à partir de tiges de silite. Pour réduire la dissipation thermique radiale, le système de l'échantillon et des disques de quartz était entouré de trois anneaux concentriques protecteurs en amiante-ciment et d'un remblai en Le sable de quartz... Les chutes de température en régime permanent ont été enregistrées avec quatre thermocouples platine-platine-rhodium. Un système composé d'un échantillon et de thermocouples a été placé sur un réfrigérateur en cuivre et pressé contre lui avec un poids pour réduire la résistance de contact entre l'échantillon, les étalons et les thermocouples. Isolation thermique assuré l'écart entre les valeurs des flux de chaleur à travers les premier et deuxième échantillons de référence de pas plus de 4%. Pour l'intervalle 200--900 ° C, une courbe de la dépendance de la conductivité thermique à la température a été construite, et l'effet des microfissures, des points de contact entre les particules, de la taille des particules et d'autres paramètres structurels sur la conductivité thermique a été analysé à l'aide d'un ordinateur.

revêtement de dureté rockwell

Khairullin A, Salimov I

Matériel de la conférence scientifique et pratique

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RECHERCHE DE LA CONDUCTIVITÉ THERMIQUE DES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION ET DE LEUR RÉSISTANCE AU FEU

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1. Présentation ……………………………………………………………………………… ... 3
2. Partie théorique …………………………………………………… .... 3-12

2.1 Propriétés physiques des matériaux ……………………………………… .3-5

2.2 La notion de conductivité thermique et d'isolation thermique ……………………… ..6-7

1. Transfert de chaleur dans la construction ……………………………………… ..8-9

2.4 Classement matériaux d'isolation thermique……………………10-11

2.5 Propriétés d'isolation thermique des matériaux …………………………… .11-12

3.Partie pratique. Matériaux et méthodes de recherche …………… ..12-13

4. Résistance au feu des matériaux …………………………………………… .... 14

5. Conclusion et conclusions ………………………………………………………… ..15

6.Littérature ……………………………………………………………………………… ..15

Pertinence du travail :en raison du besoin urgent d'étudier les propriétés matériaux de construction, et étudier leur résistance au feu.

Problème:

Comment rendre votre maison chaleureuse, écologique et ignifuge ?

Le but Ce travail est une étude de la conductivité thermique des matériaux de construction naturels et artificiels et de leur résistance au feu.

Pour atteindre cet objectif, les tâches suivantes ont été identifiées :

1. Étudiez la littérature sur le thème de la conductivité thermique et de l'isolation thermique.
2. Maîtriser la méthodologie de recherche pour déterminer la conductivité thermique des matériaux.
3. Quantifier les propriétés conductrices des échantillons en tant que rapport entre le changement de température et le temps pendant lequel ce changement s'est produit.
4. Comparez les valeurs expérimentales et tabulées de la conductivité thermique des matériaux.

6. Explorer la sécurité incendie matériaux de construction.

1. Introduction

Par temps froid, pluvieux, venteux, nous nous efforçons toujours de revenir à maison chaleureuse où vous pouvez, en enlevant votre manteau, vous sentir au chaud et confortable. Les murs extérieurs, les fenêtres, le toit protègent notre maison des basses températures, vents forts, précipitations sous forme de pluie et de neige et autres influences atmosphériques. En même temps, ils empêchent la pénétration de la chaleur de espace intérieur vers l'extérieur en raison de sa résistance au transfert de chaleur.

De quoi construire une maison ? Ses murs doivent fournir un microclimat sain sans excès d'humidité, de moisissure et de froid. Cela dépend de leurs propriétés physiques et mécaniques.

Au cours du vingtième siècle, autant de matériaux ont été produits dans le monde que durant tout le millénaire précédent. La recherche scientifique a permis d'améliorer considérablement les propriétés optiques, chimiques, thermiques et autres de matériaux déjà connus et d'en créer des milliers de nouveaux que la nature ne connaissait pas.

Le boom de la construction en Russie au 21e siècle a généré une demande de matériaux et de structures d'isolation thermique. De plus, début 2000, de nouvelles exigences en matière de protection thermique des enveloppes des bâtiments sont entrées en vigueur. L'isolation des bâtiments avec des matériaux de construction modernes peut réduire considérablement les pertes de chaleur. Bien sûr, il est préférable de construire à partir de matériaux à faible conductivité thermique.

2. Partie théorique.

2.1 Propriétés physiques des matériaux.

Densité - une valeur mesurée par le rapport de la masse de la substance au volume occupé.

Humidité - fraction massique d'eau dans le matériau, exprimée en pourcentage.

Pour déterminer la teneur en humidité, l'échantillon est d'abord pesé à l'état humide, puis à l'état absolument sec. Sécher le matériau jusqu'à élimination complète de l'humidité dans des conditions de laboratoire (dans une armoire de séchage) à une température de 110 ° C. Le matériau, dont l'humidité est égale à 0, est dit absolument sec, si son « humidité de l'air ambiant est égale, il est sec à l'air.

Perméabilité à l'eau,c'est-à-dire que la capacité d'un matériau à laisser passer l'eau sous pression est mesurée par la quantité d'eau qui a traversé 1 cm 2 surface du matériau pendant 1 h à pression constante. Les matériaux particulièrement denses (bitume, verre, acier, etc.), ainsi que les matériaux assez denses à petits pores (béton spécial) sont pratiquement imperméables, le reste est perméable à l'eau.

Résistance au gel- l'aptitude d'un matériau à l'état saturé en eau à résister aux gels et dégels répétés et "alternés. Le matériau est considéré comme résistant au gel si après essai il ne présente pas d'écaillage, de fissuration, de délaminage, de perte de poids de plus de 5% et force de plus de 25%.

Conductivité thermique- la capacité d'un matériau à transférer la chaleur d'une surface à une autre. 1 joule (J) est pris comme unité de quantité de chaleur. À mesure que l'humidité et la densité du matériau augmentent, sa conductivité thermique augmente.

Capacité thermique - la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps de 1 kelvin "(K).

Propriétés mécaniques des matériaux.

Force - propriété d'un matériau de résister à la destruction sous contrainte ou d'autres facteurs. La résistance ultime est la contrainte conditionnelle correspondant à la charge la plus élevée précédant la rupture d'un échantillon de matériau. La résistance ultime est déterminée en chargeant des échantillons de matériau jusqu'à rupture sur des presses ou des machines d'essai de traction. Les matériaux fragiles sont testés principalement en compression, les matières plastiques en traction.

De nombreux matériaux de construction sont caractérisés dans des conditions techniques par ce que l'on appelle des grades, dont l'amplitude coïncide avec la résistance ultime (en compression). Par exemple, le béton lourd est de grades (M) 100, 150, 200, 300, 400, 500 et 600 brique-50, 75, 100, 125, 150, etc.

Dureté - la capacité d'un matériau à résister à la pénétration d'un autre, plus solide... La dureté d'un matériau ne correspond pas toujours à sa résistance. Les matériaux avec des résistances ultimes différentes peuvent avoir la même dureté. Il existe plusieurs façons de déterminer la dureté d'un matériau. Par exemple, la dureté de l'homogénéité matériaux en pierre déterminé sur une échelle spéciale composée de dix minéraux, qui sont disposés selon le degré d'augmentation de la dureté. Le matériau d'essai est rayé avec des minéraux sur l'échelle, les résultats sont comparés à la norme. Une bille d'acier est pressée dans le métal, le béton et le bois avec une certaine charge. La dureté du matériau est déterminée à partir de la profondeur d'indentation ou du diamètre de l'indentation.

Élasticité - la propriété d'un matériau à changer de forme sous l'action d'une charge et à la restituer après élimination de la charge. La restauration de la forme originale peut être complète ou partielle. Si la restauration de la forme est incomplète, il y a alors des déformations dites permanentes dans le matériau. La limite élastique est la contrainte à laquelle les déformations résiduelles atteignent pour la première fois les valeurs spécifiées dans les conditions techniques pour ce materiel grandeurs.

Fragilité - la propriété d'un matériau à s'effondrer sous contrainte mécanique sans déformation plastique notable. Les matériaux fragiles comprennent la fonte, le béton, la brique. Ils sont facilement détruits par les chocs et ne résistent pas aux contraintes locales élevées (des fissures s'y forment), ils ne sont donc pas utilisés pour constructions soumis à des efforts de traction et de flexion.

Propriétés de risque d'incendie des matériaux.

Inflammabilité - la capacité du matériau à brûler ou à ne pas brûler sous l'influence du feu. Selon leur inflammabilité, les matériaux sont divisés en incombustibles (non combustibles), difficilement combustibles (difficilement combustibles) et combustibles (combustibles). Les matériaux ininflammables sont des matériaux qui ne s'enflammeront pas, ne couveront pas ou ne carboniseront pas lorsqu'ils sont exposés au feu ou à la chaleur. Si, sous l'influence d'un incendie ou d'une température élevée, des matériaux ou des structures s'enflamment, couvent ou carbonisent et continuent à brûler ou à couver uniquement en présence d'une source d'inflammation, et après son élimination la combustion ou « le processus de combustion lente cesse, ils sont classés comme Les matières combustibles sous l'influence d'un incendie ou d'une température élevée s'enflamment et continuent de brûler ou de couver après élimination de la source d'inflammation.

Tous les matériaux de construction d'origine inorganique sont classés comme incombustibles et les matériaux organiques sont classés comme combustibles.

2.2 Le concept de conductivité thermique et d'isolation thermique.

Transfert de chaleur ou échange de chaleurappelé, la transition de l'énergie interne d'un corps à un autre à la suite d'un contact thermique (contact) sans faire de travail

Conductivité thermique- l'un des types de transfert de chaleur (énergie de mouvement thermique des microparticules) des parties du corps les plus chauffées vers les moins chauffées, conduisant à l'égalisation de la température corporelle.

Grâce à ce type d'échange de chaleur, la chaleur est transférée à travers le mur de la maison en hiver. Étant donné que la température à l'intérieur de la maison est plus élevée qu'à l'extérieur, le mouvement vibratoire thermique le plus intense est produit par les particules qui forment la surface intérieure du mur. En collision avec les particules de la couche plus froide voisine, elles leur transfèrent une partie de l'énergie, de sorte que le mouvement des particules de cette couche, tout en restant oscillatoire, devient plus intense. Ainsi, de couche en couche, l'intensité des oscillations des particules augmente, et, par conséquent, leur énergie interne. Ainsi, avec la conductivité thermique, le transfert d'énergie dans le corps s'effectue à la suite du transfert direct d'énergie de particules (molécules, atomes, électrons) d'énergie plus élevée vers des particules d'énergie plus faible.

À l'aide de la conductivité thermique, la chaleur peut être transférée dans des corps solides, liquides et gazeux. Les métaux ont la conductivité thermique la plus élevée. Cela s'explique par le fait que les porteurs d'énergie interne ici, en plus des molécules, sont des électrons libres. Le bois, le verre, les tissus animaux et végétaux conduisent moins bien la chaleur ; les liquides ont une conductivité thermique encore plus faible

(à l'exception de métaux liquides par exemple le mercure) et les gaz. Ainsi, l'air conduit la chaleur des milliers de fois pire que le fer.Il est très important de connaître la conductivité thermique des matériaux utilisés dans la construction de ce qu'on appelle l'enveloppe du bâtiment.

(c'est-à-dire murs extérieurs, étages supérieurs, pleins à l'étage inférieur) et en particulier les matériaux d'isolation thermique destinés à retenir la chaleur dans les pièces et les installations de chauffage.

La régulation du transfert de chaleur est l'une des tâches principales équipement de construction... Pendant la saison froide, la chaleur est perdue par la pièce en raison de la conductivité thermique des murs et de l'air qui s'infiltre à travers eux, les feuilles avec l'air chauffé à travers conduits de ventilation et des fissures. Pour que la température dans le résidentiel et locaux industriels correspondaient aux conditions normales de vie et d'activité humaines, il est nécessaire de réduire ces pertes. A cet effet, les murs des maisons sont constitués de matériaux à faible conductivité thermique - naturels (bois, roseaux, tourbe diverses, pierre ponce, liège) ou artificiels (brique, béton, mousse, etc.). Les propriétés d'isolation thermique de ces matériaux sont différentes.

Les bâtiments à ossature sont maintenant répandus, dont la construction nécessite beaucoup moins de matériaux que pour les autres types de bâtiments. La base du bâtiment à ossature est une charpente métallique ou en béton armé, qui joue dans le bâtiment le même rôle que le squelette joue dans le corps des animaux : il perçoit la charge. Les murs en matériaux poreux calorifuges sont renforcés sur le cadre. Les pores de ces matériaux sont remplis d'air, ils ont donc un poids relativement faible et conduisent mal la chaleur, car la conductivité thermique de l'air est très faible et la convection de l'air dans les matériaux poreux est impossible.

Lors de la fabrication de matériaux d'isolation thermique, des bulles d'air sont introduites dans la masse préparée. Pour ce faire, fouettez-le ou ajoutez de la mousse ou des substances spéciales qui, entrant dans réaction chimique avec le mélange préparé, des bulles de gaz sont libérées. Certains matériaux de construction d'isolation thermique poreux sont fabriqués thermiquement... Par exemple, dans la production de verre mousse, la poudre de verre est mélangée à une petite quantité de calcaire broyé, versée dans des moules métalliques et chauffée. A une température de 550-600°C, la poudre de verre fond, formant une masse solide. Lorsque la température atteint 750-780 ° C, la décomposition du calcaire commence, à partir de laquelle des gaz sont libérés. Gonflent la masse fondue, ils lui donnent de la porosité. Après durcissement, un matériau est formé qui conserve toutes les propriétés verre ordinaire: incombustibilité, résistance à l'humidité et aux acides, etc. En même temps, ce matériau présente de nouvelles qualités remarquables : il est durable, facile à travailler - scié, raboté, ne se fissure pas lorsqu'on y enfonce des clous. L'utilisation de matériaux d'isolation thermique dans la construction industrielle et civile la rend non seulement moins chère, mais augmente également la surface utilisable des locaux, augmente leur résistance au feu et leur insonorisation.

2.3 Transfert de chaleur dans la construction.

Les toits, les murs et les fenêtres sont appelés enveloppes extérieures du bâtiment en raison du fait qu'ils protègent le logement de toutes sortes d'influences atmosphériques des basses températures, du rayonnement solaire, de l'humidité, du vent. Avec la formation d'une différence de température entre les surfaces intérieure et extérieure de la clôture, un flux de chaleur se produit dans le matériau de la clôture, qui est dirigé vers l'abaissement de la température. A ce moment, la clôture a plus ou moins de résistance R 0 flux de chaleur. Constructions avec une résistance thermique plus élevée, une meilleure protection thermique. Les propriétés de protection thermique du mur dépendront de son épaisseur et du coefficient de conductivité thermique du matériau à partir duquel il est construit. Si le mur est constitué de plusieurs couches (par exemple, brique-isolant-brique), sa résistance thermique dépendra de l'épaisseur et de la conductivité thermique du matériau de chacune des couches. Les propriétés de protection thermique des structures enveloppantes dépendent dans une large mesure de la teneur en humidité du matériau. Presque tous les matériaux de construction contiennent de minuscules pores, qui se remplissent d'air lorsqu'ils sont secs. Avec une augmentation de l'humidité, les pores se remplissent d'humidité, dont la conductivité thermique est 20 fois supérieure à celle de l'air, ce qui entraîne une forte diminution des caractéristiques d'isolation thermique des matériaux et des structures. À cet égard, dans le processus de conception et de construction, il sera nécessaire de prévoir des mesures qui empêcheraient les structures de s'humidifier avec les précipitations atmosphériques, les eaux souterraines et l'humidité résultant de la condensation de la vapeur d'eau. Pendant le fonctionnement des maisons, en raison de l'effet de l'environnement interne et externe sur les structures d'enceinte, les matériaux ne sont pas dans un état absolument sec, mais diffèrent quelque peu humidité élevée... Cela conduit inévitablement à une augmentation de la conductivité thermique des matériaux, ainsi qu'à une diminution de leur capacité d'isolation thermique. C'est pourquoi, lors de l'évaluation des caractéristiques de protection thermique des structures, il est important d'utiliser la valeur réelle du coefficient de conductivité thermique dans les conditions de fonctionnement, et non à l'état sec. La teneur en humidité de l'air intérieur chaud est plus élevée que celle de l'air extérieur froid et, par conséquent, la diffusion de vapeur d'eau à travers l'épaisseur de la clôture passe toujours d'une pièce chaude vers une pièce froide. Si, à l'extérieur de la clôture, placez un matériau dense qui ne permet pas à la vapeur d'eau de bien passer, une partie de l'humidité, ne pouvant pas sortir, commencera à s'accumuler dans l'épaisseur de la structure. Et si un matériau situé à la surface extérieure n'interfère pas avec la diffusion de la vapeur d'eau, alors toute l'humidité sera éliminée de la clôture assez librement.

Même au stade de la conception de la maison, il est nécessaire de prendre en compte le fait que les murs monocouches de 400 à 650 mm d'épaisseur en briques, en petits blocs de béton cellulaire (ou béton d'argile expansée) ou en pierres céramiques offrent un niveau de protection thermique (environ 3 fois moins que nécessaire). Élevé caractéristiques d'isolation thermique qui répondent aux exigences modernes, ont des structures enveloppantes à trois couches. Ils sont constitués de murs intérieurs et extérieurs en briques ou en blocs, entre lesquels se trouve une couche de matériau calorifuge. Les parois extérieure et intérieure, reliées par des attaches flexibles sous forme de barres d'armature ou de cadres, posées dans les joints horizontaux de la maçonnerie, confèrent à la structure la résistance et la couche intérieure (isolante) fournit les paramètres de protection thermique requis. L'épaisseur de la couche isolante est choisie en fonction des conditions climatiques et du type d'isolant. En raison de l'hétérogénéité de la structure d'un mur à trois couches et de l'utilisation de matériaux avec différents écrans thermiques et caractéristiques du pare-vapeur De la condensation peut se former dans la structure. La présence de ce dernier réduit considérablement les propriétés d'isolation thermique de la clôture. Pour cette raison, lors de la construction de murs à trois couches, il est nécessaire de prévoir leur protection contre l'humidité. Plus récemment, de nouvelles réglementations sur la conservation de la chaleur ont été adoptées. C'est précisément pourquoi l'isolation thermique des bâtiments résidentiels devient l'un des problèmes les plus importants de la construction aujourd'hui. Le problème de l'isolation thermique est particulièrement aigu dans la construction de chalets et de chalets d'été, car, fait correctement, il peut réduire les coûts de chauffage de 3, voire 4 fois.

La figure montre un exemple de répartition de la perte de chaleur à travers divers éléments structurels maisons d'une superficie de 120 m 2

2.4 Classification des matériaux d'isolation thermique.

Tous les matériaux d'isolation thermique sont divisés en plusieurs grands groupes:

• laine minérale;
• laine de verre et fibre de verre;
• polymères remplis de gaz - polystyrène : polyuréthane et mousse de polyuréthane, polystyrène et mousse de polystyrène, polyéthylène, mousse phénolique, polyester ;
• isolation thermique en matériaux naturels et produits de leur transformation : liège, papier, blocs de tourbe, etc.
• isolation thermique à base de caoutchouc synthétique;
• isolation thermique des déchets de production de silicium;
• panneaux et structures d'isolation thermique;
• béton modifié : béton polystyrène, béton cellulaire (béton mousse).

Bien entendu, il est préférable de construire à partir de matériaux ayant des propriétés d'isolation thermique suffisamment élevées.

Et pourtant, le problème de l'isolation thermique d'un cottage en brique, encore en construction, ou d'une maison déjà construite il y a longtemps, se pose beaucoup plus souvent. Bien entendu, les matériaux d'isolation thermique à hautes performances sont du plus grand intérêt. Il s'agit généralement de matériaux d'une densité moyenne dans la limite de 200 kg/m 3 et K chaud moins de 0,06 Wdm "K). De tels matériaux assez rapidement, pour 5 à 10 ans de fonctionnement, sont rentables, vous permettant d'économiser sur les coûts énergétiques.

Les matériaux d'isolation sont produits sous forme de rouleaux et de nattes et dalles souples, semi-rigides et rigides de différentes densités et tailles.

Au cours des dernières années, la "pierre" est devenue de plus en plus populaire, ou pour être plus précis - laine de basalte... Un tel coton est un matériau non combustible et respectueux de l'environnement, caractérisé par des propriétés hydrofuges élevées, mais en même temps perméable à la vapeur. Les matériaux de basalte dans leurs propriétés d'isolation thermique sont nettement supérieurs à la laine de verre traditionnelle, mais, malheureusement, ils sont plus chers que cette dernière. Ces matériaux appartiennent au groupe des incombustibles. Les produits d'isolation thermique en polymères ou en papier brûlent dans un incendie en 5 minutes. Des radiateurs en laine de verre à une température de 650 ° C, qui sont atteints en seulement 7 minutes lors d'un feu ordinaire à l'intérieur d'un bâtiment, fondent et frittent dans bol en verre... Quant à la laine minérale à base de basalte, elle ne fond pas et ne perd pas sa forme d'origine même à une température de 1000°C.

Tous les matériaux d'isolation sont sûrs à la fois pour la production et pour l'utilisation, sous réserve de la technologie de travail recommandée.

Les matériaux d'isolation en basalte sont également disponibles dans une grande variété de tailles et de types (rouleaux, durs et mous, nattes et dalles) pour leur utilisation plus rationnelle et efficace. Le coefficient de leur conductivité thermique, en fonction de la densité, varie de 0,034 à 0,042 W / (m * K). Récemment apparu sur le marché russe isolation en basalte Il est utilisé pour l'isolation des toits, des sols et des murs, le remplissage des cloisons, l'aménagement des greniers, réalisés sous forme de plaques, de produits façonnés et, bien sûr, de rouleaux.

Les polymères remplis de gaz sont l'un des types d'isolation thermique les plus efficaces. Le plus répandu et le plus utilisé d'entre eux est le polystyrène (polystyrène expansé). La faible résistance à la chaleur et la combustibilité des mousses plastiques ne sont pas un obstacle lorsqu'elles sont utilisées dans des structures stratifiées en combinaison avec de la brique ou du béton. Le polystyrène expansé est soit produit par une méthode sans presse.

2.5 Propriétés d'isolation thermique des matériaux.

Le principal indicateur des propriétés d'isolation thermique du matériau est le coefficient de conductivité thermique. Cet indicateur dépend en grande partie de sa teneur en humidité, dont chaque pourcentage réduit le coefficient de 4%. De plus, en hiver, le plaques de polystyrène expansé l'humidité, qui gèle et se transforme en glace, finit par séparer le matériau en granulés individuels, ce qui réduit considérablement la durabilité de la mousse non pressée. La mousse non pressée est traditionnellement produite en Russie.

La mousse de polystyrène extrudé est dépourvue de ces inconvénients. Possédant une très faible absorption d'eau (moins de 0,3%) en raison de la structure à cellules fermées et de la résistance mécanique élevée, les panneaux en mousse de polystyrène extrudé peut être utilisé pour l'isolation thermique par l'extérieur, pour l'isolation thermique des parties souterraines des bâtiments, des fondations, des sous-sols, des murs, où l'utilisation de la plupart des autres appareils de chauffage est tout simplement impossible en raison de la remontée capillaire des eaux souterraines.

Matériaux d'isolation thermique avec un coefficient de conductivité thermique inférieur

0,06 W / (m-K) est rentable en moyenne en 5 à 7 ans de fonctionnement grâce aux économies d'énergie.

Le tableau ci-dessous présente les coefficients de conductivité thermique des matériaux de construction.

Ces matériaux sont imprégnés de substances pour réduire l'absorption d'humidité, de produits ignifuges pour rendre le matériau incombustible et d'antiseptiques. Ils ont d'assez bonnes propriétés d'isolation thermique (K t hl = 0,078 W / (m-K) et peut être utilisé pour l'isolation des murs et plafonds extérieurs et intérieurs. Les matériaux sont produits sous forme de panneaux ou d'ecowool.

3. La partie pratique.

Matériaux et méthodes de recherche.

Les études ont été réalisées à température ambiante

Les études ont été réalisées à l'aide d'un thermomètre électronique. Equipement : cuisinière électrique. un trépied, un appareil numérique combiné avec un capteur de température et des matériaux de test. Nous avons observé l'évolution de la température au fil du temps et l'avons enregistrée dans un tableau, puis nous avons construit des graphiques.

Dans ce travail, les propriétés de conduction thermique de plusieurs matériaux sont étudiées.bois, brique, béton cellulaire, et également testé pour l'inflammabilité des appareils de chauffage techno-nicol , polystyrène et mousse de construction.La pente des courbes obtenues caractérise la conductivité thermique des matériaux comme le rapport du changement de température au temps pendant lequel ce changement s'est produit.

27,6

23,7

21,6

24,3

En analysant les graphiques d'élévation de température obtenus, nous avons calculé

conductivité thermique des matériaux en tant que rapport entre le changement de température et le temps pendant lequel ce changement s'est produit

Une analyse des graphiques et des résultats de mesure a montré les capacités uniques d'isolation thermique des matériaux modernes.

4. Résistance au feu des matériaux

Pour construction maisons modernes une personne utilise divers matériaux: brique, béton cellulaire, bois et produits à partir de celui-ci - panneaux de particules (aggloméré), panneaux de fibres (panneaux de fibres), contreplaqué, etc.

Pour la finition, des matériaux de finition et de parement sont utilisés, notamment des carreaux de polystyrène, des panneaux de PVC et d'aggloméré, du papier peint, des films, tuile en céramique, fibre de verre, matériaux polymères, produits synthétiques et plastiques, etc. Les matériaux de finition représentent une menace supplémentaire pour la vie et la santé des personnes en provoquant de la fumée, en émettant des produits de combustion toxiques et en contribuant à la propagation rapide des flammes.

partie expérimentale

Ici, nous avons testé l'inflammabilitébois imprégné d'antiseptiques anti-incendie, isolant TechnoNIKOL, polystyrène et mousse de construction.

Conclusion: La mousse de construction s'enflamme très bien et produit des gaz asphyxiants et de la fumée noire.

Isolation TechnoNIKOL s'enflamme très mal, on pourrait dire ne brûle pas du tout.

L'inflammabilité du bois imprégné d'antiseptiques est très réduite.

Le polystyrène brûle bien et émet beaucoup de suie.

5. Conclusion et conclusions :

Les résultats obtenus au cours de la recherche montrent les capacités uniques d'isolation thermique des matériaux modernes et conduisent à la conclusion qu'il est nécessaire d'informer et même de promouvoir les matériaux de construction modernes auprès de la population. De plus, les matériaux d'isolation thermique de haute qualité sont largement représentés sur le marché de la construction moderne. Ces radiateurs sont écologiques et résistants au feu.

De tels matériaux sont plus chers et donc peu utilisés dans la construction. Dans notre ville, ces matériaux sont déjà utilisés dans la construction de nouveaux bâtiments, ainsi que pour l'isolation de bâtiments déjà érigés. De plus, ces matériaux sont utilisés à la fois sur les grands chantiers de construction et dans la construction de maisons privées.

Après les recherches menées, nous sommes arrivés à la conclusion que notre maison est loin d'être sûre, car un incendie peut démarrer rapidement, car de nombreuses substances et objets sont hautement inflammables, il sera accompagné d'une forte fumée et d'une forte concentration de substances toxiques.

N'utilisez pas de matériaux marqués « G2 », « G3 » et « T4 » dans vos maisons. Cela signifie qu'ils sont hautement inflammables et hautement toxiques.

Rappelles toi! Les matériaux synthétiques émettent des fumées hautement toxiques lorsqu'ils brûlent.

Gardez votre maison propre et bien rangée. La propreté et l'ordre doivent être votre mot d'ordre.

Des règles simples vous aideront à rendre votre maison confortable et, surtout, sûre !

1. Littérature

1. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfert de chaleur. - M. :

Energoizdat, 1981. –416p.

1. Filippov L.P. Etude de la conductivité thermique des matériaux de construction. –M. : Maison d'édition de l'Université d'État de Moscou, 2000. –240 p.
2. Osipova V.A. Etude expérimentale des processus de transfert de chaleur. –M. : Énergie, 2001. –318s.
3. Ressources Internet.

~ ~

Ministère de l'Éducation de la République de Mordovie

Département de l'éducation de l'administration du district municipal de Saransk

Municipal établissement d'enseignement

"L'école secondaire numéro 13"

Travail de recherche

section de physique

"Etude de la conductivité thermique de divers types de matières textiles"

Lipasov Mikhaïl Pavlovitch

Conseiller scientifique: Professeur de physique

Palaeva Nina Pavlovna

Saransk 2015

Table des matières

Introduction.

Le climat de la Mordovie est modérément continental, caractérisé par des hivers froids et glacials et des étés modérément chauds.

Fondamentalement, le territoire de la république est sous l'influence de masses d'air de latitudes tempérées, portées par les courants d'air dominants de l'ouest. Souvent, le temps est déterminé par les masses d'air chaud arrivant avec les cyclones du sud des mers Noire, Méditerranée et Caspienne. Relativement souvent, la république tombe sous l'influence des masses d'air continentales sèches apportées du sud-est. Des masses d'air froid envahissent la Scandinavie et la mer de Barents.

La température moyenne annuelle de l'air est de + 4,1 ... + 4,4 ° . Le mois le plus froid est janvier : la température moyenne mensuelle de l'air varie de –11,1 à –11,6 ° С. Le minimum absolu était de -42 ... -47 ° С. Le mois le plus chaud est juillet. Sa température moyenne est de + 18,7 ... + 19,1 ° . Le maximum absolu a atteint + 37 ... + 39 ° , en 2010 - + 39 ... + 41 ° , à l'Université d'État de Moscou - +42 ° .

Le début, la fin et la durée des saisons sont conditionnels. Ils sont déterminés en fonction des dates de transition stable de la température moyenne journalière par 0 et +15°С.

L'année est divisée en deux périodes : chaude et froide. La période chaude de l'année s'établit à partir du moment où la température moyenne journalière passe par 0°С à valeurs positives... Il commence du 31 mars au 2 avril, se termine du 4 au 6 novembre et dure de 217 à 221 jours. La période froide de l'année commence à partir du moment d'une transition stable de la température quotidienne moyenne de l'air par 0 ° à des valeurs négatives. Il dure environ 5 mois (144-148 jours).

En hiver, un temps nuageux avec de légères gelées (–10 ... –15 ° С) prévaut, mais dans les hivers très froids, il y a des périodes avec de fortes gelées. Certaines années, avec des hivers chauds et instables, des dégels sont observés avec une intensité allant jusqu'à + 4 ... + 7 ° . Le nombre de jours de dégel par mois varie de 3-4 à 7-8. Aux événements indésirables période hivernale comprennent des vents forts et des blizzards, des formations de glace et de givre, des brouillards. Nombre moyen de jours avec du brouillard période froide de l'année varie de 15 à 25, leur durée moyenne est de 72 à 118 heures.

Le printemps commence fin mars - début avril. Son signe avant-coureur est l'arrivée des freux ; début avril, les étourneaux et les alouettes arrivent. Cerisiers en fleurs à la mi-mai, lilas à la fin du mois. Le printemps se termine avec la transition de la température quotidienne moyenne de l'air à +15° (27-29 mai), la durée du printemps est de 57-58 jours. Événements indésirables dans printemps sont des retours de froid et de gel, de sécheresse et de vents secs. Ces derniers sont célébrés chaque année. Les signes de vent sec sont humidité relative air inférieur à 30% à une température de l'air supérieure à +25°С et un vent d'au moins 5 m/s.

La période avec une température quotidienne moyenne de l'air de +15 ° C et plus est considérée comme l'été, sa durée est de 91 à 96 jours et se termine du 28 au 31 août. Les événements indésirables en été sont les fortes pluies, la grêle, les orages, les grains, la sécheresse, les vents secs. Les fortes pluies érodent la couche supérieure du sol fertile, emportent des matériaux précieux du sol dans les ravins, les rivières et provoquent le dépôt de la végétation. Le nombre moyen mensuel de jours de fortes précipitations (plus de 10 mm) est de 1 à 2, avec des vents secs d'intensité moyenne - 3 à 8.

L'automne commence du 29 août au 1er septembre, se termine dans la première décade de novembre. Sa durée est de 65 à 69 jours. Au début de septembre, la chute des feuilles commence près du peuplier, à la mi-septembre - près du bouleau, de l'érable. Le régime climatique en automne est instable, les précipitations sont souvent mitigées. Phénomènes d'automne défavorables : gelées précoces à la surface du sol et dans l'air, brouillard, glace.

Chapitre je .Aperçu du travail

1. Justification travail :

Au cours de physique pour la 8e année, la section « Phénomènes thermiques » a suscité mon intérêt particulier. A la suite de ce travail, j'ai souhaité approfondir et consolider les connaissances existantes dans cette branche de la physique.

J'ai choisi ce sujet parce que je voulais comprendre ce processus physique plus en détail.

2. Pertinence travail :

3. Le but de ce travail : v

Tâches de travail:

4. Méthodes de recherche : étude de la littérature sur le thème "Conductivité thermique", sélection de tissus pour la recherche, système d'expérimentations, comparaison de valeurs, construction de tableaux et de graphiques.

5. Équipement :

Éprouvettes de mesure (béchers) 3 pcs;

Matériel expérimental (échantillons de tissus);

Thermomètres 3 pcs;

Horloge;

Mètre à ruban.

6. Justification théorique.

Conductivité thermique - Il s'agit du transfert de chaleur par des particules structurales de matière (molécules, atomes, électrons) au cours de leur mouvement thermique.Conductivité thermique -l'un des types de transfert de chaleur des parties les plus chaudes du corps vers les moins chauffées, conduisant à une égalisation de la température. Avec la conductivité thermique, le transfert d'énergie dans le corps s'effectue à la suite du transfert direct d'énergie de particules (molécules, atomes, électrons) d'énergie plus élevée vers des particules d'énergie plus faible.Un tel échange de chaleur peut se produire dans n'importe quel corps avec une distribution de température non uniforme, mais le mécanisme de transfert de chaleur dépendra de l'état d'agrégation de la matière. Le phénomène de conductivité thermique est que l'énergie cinétique des atomes et des molécules, qui détermine la température d'un corps, est transférée à un autre corps lors de leur interaction ou est transférée des zones plus chauffées du corps vers des zones moins chauffées.

Parfois, la conductivité thermique est également appelée évaluation quantitative de la capacité d'une substance particulière à conduire la chaleur.

Historiquement, on croyait que la transmission était associée au flux calorique d'un corps à un autre. Cependant, des expériences ultérieures, en particulier le chauffage des canons pendant le forage, ont réfuté la réalité de l'existence du calorique en tant que type de matière indépendant. En conséquence, on pense actuellement que le phénomène de conductivité thermique est dû au désir d'occuper un état plus proche de l'équilibre thermodynamique, qui s'exprime par l'égalisation de température.

Le coefficient de conductivité thermique est la quantité de chaleur traversant 1 m3 de matériau par unité de temps lorsque la différence de température sur ses surfaces opposées est égale à 1 degré.

Plus le coefficient de conductivité thermique est bas, meilleures sont les propriétés d'isolation thermique du matériau.

Distinguer les matériaux isolants et conducteurs de chaleur.

7. Caractéristiques des types de tissus étudiés.

Les tissus destinés à différents usages ont différentes propriétés physiques et caractéristiques : résistance, résistance à l'écrasement, capacité de résistance à l'abrasion (sur divers objets, sur le corps humain), retrait, ténacité, perméabilité à l'air, perméabilité à la vapeur, résistance à l'eau, résistance à la chaleur. Très propriétés importantes les tissus ménagers sont de conductivité thermique, c'est-à-dire la capacité du tissu à transmettre la chaleur. Les tissus destinés à la protection contre le froid doivent avoir une conductivité thermique minimale. Par exemple, une résistance élevée à la chaleur et à l'eau est importante pour les tissus techniques utilisés pour fabriquer les vêtements des pompiers.

Tous les matériaux et tissus sont à base de fibres. Les fibres diffèrent les unes des autres par leur composition chimique, leur structure et leurs propriétés. La classification actuelle des fibres textiles est basée sur deux caractéristiques principales - la méthode de leur production (origine) et la composition chimique, car elles déterminent les principaux aspects physiques, mécaniques et Propriétés chimiques non seulement les fibres elles-mêmes, mais aussi les produits obtenus à partir de celles-ci.

Propriétés de protection thermiquesont les propriétés hygiéniques les plus importantes des produits pour la période hivernale. Ces propriétés dépendent de la conductivité thermique des fibres constituant le tissu, de la densité, de l'épaisseur et de la finition du tissu. La fibre "la plus froide" est le lin, car elle a une conductivité thermique élevée, la "plus chaude" est la laine. Les taux les plus élevés de propriétés de protection thermique se trouvent dans les tissus de laine épais et denses avec un molleton. Les propriétés de protection thermique des vêtements sont considérablement influencées par le nombre de couches de matériau dans les vêtements. Avec une augmentation du nombre de couches de matériau, la résistance thermique totale augmente. Différents types d'isolants sont utilisés : naturels etsynthétique.

Considérons quatre types de tissus, dont nous examinerons des échantillons.

Tissus de costume - à partir de fibres naturelles - de laine.

La laine est le nom donné au poil des moutons, chèvres, chameaux et autres animaux. L'essentiel de la laine (94-96%) pour l'industrie textile est fourni par l'élevage ovin.

Une caractéristique de la laine est sa capacité au feutrage, qui s'explique par la présence d'une couche écailleuse à sa surface, un frisage important et la douceur des fibres. Grâce à cette propriété, des tissus assez denses, des draps, des draperies, du feutre, ainsi que des produits feutrés et feutrés, sont fabriqués à partir de laine. La laine a une faible conductivité thermique, ce qui la rend indispensable dans la production de tissus pour manteaux, vêtements et tricots de l'assortiment d'hiver.

Réchauffeurs naturels

Wat et m - isolation demi-laine,tissu tricoté avec molleton simple ou double face. Le molleton est produit en coton, laine, demi-laine et remplace le coton lors de la couture de vêtements chauds.

Du milieu à la fin du siècle dernier, dans l'industrie du vêtement soviétique, il était utilisé pour la couture de vêtements de travail, ainsi que comme élément chauffant pour les manteaux d'hiver.

Le molleton diffère par sa composition (coton, laine), l'épaisseur du tissu et la méthode de fixation des traînes.

De nos jours, le bâton est de moins en moins populaire.

Inconvénients : poids élevé et propriétés de rétention d'eau relativement élevées.

Isolation synthétique

Sintépon -est l'un des matériaux isolants synthétiques les plus courants. Léger, volumineux, élastique, dans lequel le mélange (y compris les déchets textiles secondaires artificiels et naturels) est maintenu par des méthodes aiguilletées, adhésives (émulsion) ou thermiques.

Depuis peu, les hivernants synthétiques sont le plus souvent fabriqués à partir de matières premières polyester recyclées (sec-PET), de déchets plastiques refondus (bouteilles PET, sacs, vaisselle jetable, etc.). Cela réduit considérablement le coût du produit, mais réduit considérablement les caractéristiques de qualité et de performance.

Sintépon- tissu non tissé obtenu à partir de fibres synthétiques. Il est beaucoup plus léger que le bâton, résistant, ne perd pas sa forme et ne tombe pas. L'hivernant synthétique n'est pas hygroscopique, grâce à quoi il ne devient pas très humide et est facile à sécher. De plus, il est produit en blanc et ne se décolore pas et ne tache pas le tissu supérieur lorsque les articles isolés sont lavés. Après lavage, le produit conserve sa forme et ne perd pas de volume.

Les avantages du rembourrage en polyester sont la légèreté, de bonnes propriétés de protection thermique et un faible poids, ainsi qu'une relative innocuité pour l'homme. Sintepon est utilisé pour tous les types d'isolant, y compris pour les enfants, ainsi que pour la fabrication , couvre-lits, sacs et autres produits.Léger, chaud, volumineux, bon marché - à une époque, une telle isolation était au sommet de sa popularité.

Cependant, comme le temps l'a montré, l'hivernage synthétique présente un certain nombre d'inconvénients: perméabilité à l'humidité accrue, étanchéité à l'air, déformation rapide et fragilité du matériau - tout cela a conduit au fait que l'hivernage synthétique est utilisé comme appareil de chauffage pour la production de vêtements de demi-saison et d'hiver moins chers.

Hollowfiber (fibre creuse) - un non-tissé rempli de fibres synthétiques sous forme de spirales, boules, ressorts, etc. C'est cette structure qui rend la chose chaude, car beaucoup d'air est retenu entre les fibres.

Il est à juste titre considéré comme l'isolant du 21e siècle. Léger, chaud, résistant à l'humidité et à la forme, hypoallergénique - c'est un excellent matériau pour la production d'une excellente isolation pour les vêtements d'hiver.

Variétés - polyfibre, thermofibre, fibreskin, firetech, etc.

Chapitre II ... Travaux de recherche expérimentale

L'avancement des travaux:

Au cours de ce travail de recherche, six expériences ont été réalisées avec différents types de tissus. Tous les échantillons ont les mêmes dimensions : longueur, largeur et surface (photo 1). La surface des échantillons coïncide avec la surface de l'éprouvette graduée (tableau n° 1)

photo 1

Tableau 1

Draper

Costume en tissu de laine 1

Costume en tissu de laine 2

Holofibre

Sintépon (mince)

Sintépon (épais)

au bâton

Épaisseur

0,4 cm

0,1 cm

0,1 cm

2cm

1cm

2 cm

0,5 cm

Largeur

12cm

12cm

12cm

12cm

12cm

12cm

12cm

Longueur

13cm

13cm

13cm

13cm

13cm

13cm

13cm

Carré

156cm 2

156cm 2

156cm 2

156cm 2

156cm 2

156cm 2

156cm 2

2.1 Comparaison de la conductivité thermique de différents matériaux textiles.

Equipement : Eprouvettes graduées avec eau chaude, matériel expérimental, thermomètres à mercure - 3 pièces, thermomètre électronique, pied à coulisse.

Pour réaliser l'expérience, nous avons enveloppé les éprouvettes de mesure avec des échantillons de tissus et les avons sécurisées avec des épingles.

Une paire de cylindres emballés sélectionnés pour l'expérience et un non emballé ont été remplis d'eau chaude de la même température. À intervalles réguliers (5 minutes), la température de l'eau dans chaque récipient a été mesurée (photo 2), les lectures ont été enregistrées dans un tableau et des graphiques ont été tracés à des fins de comparaison.

photo 2

2.1.1. Expérience n°1.

Pour la première expérience, nous avons choisi deux types de tissus en laine.

Les types de tissus étudiés :

Le premier échantillon est un tissu de tailleur, fin, qui est utilisé pour coudre des vestes, des pantalons et des jupes.

Le deuxième échantillon est un tissu de laine plus épais (drapé), qui est utilisé pour coudre des manteaux et des vestes.

Les tissus sont disponibles dans une variété d'épaisseurs.

Température ambiante (salle physique 20°C)

Nous allons inscrire les résultats de l'étude dans le tableau

9:35

9:40

9:45

9:50

Pour comparaison, construisons des graphiques

En comparant la température de l'eau de trois béchers et en traçant des graphiques, nous avons vu que le premier échantillon ne retient pas bien la chaleur, il a donc une bonne conductivité thermique. La conductivité thermique du deuxième échantillon (tissu de laine épais) est moins bonne, car il retient mieux la chaleur.

2.1.2. Expérience #2

Dans la deuxième expérience, nous avons étudié les matériaux d'isolation. Le sintépon est maintenant souvent utilisé comme appareil de chauffage pour les vêtements.Le sintépon épais retient bien la chaleur.

Longueur-13 cm

Largeur-12cm

Épaisseur-2cm

Superficie : 156 cm

10:05

10:10

10:15

10:20

Construisons un graphique

2.1.3. Expérience # 3

Le deuxième échantillon est un molleton noir - un matériau en coton naturel, un tissu tricoté avec un poil unilatéral.

Mettons les résultats dans le tableau

11:05

11:10

11:15

11:20

Construisons un graphique

À la suite de l'expérience, il s'est avéré que la conductivité thermique du polyester de rembourrage est pire que celle du molleton.

2.1.4. Expérience # 4

Pour étudier la conductivité thermique des radiateurs, nous avons choisi le premier échantillon -molleton gris (coton). Le deuxième échantillon est un molleton de laine noir.

Gris au bâton

Noir au bâton

Épaisseur

0,6 cm

0,5 cm

Largeur

12cm

12cm

Longueur

13cm

13cm

Carré

156cm 2

156cm 2

13:50

39,5

38,5

13:55

14:00

36,5

14:05

35,3

34,5

14:10

33,1

Construisons un graphique

La conductivité thermique du molleton est presque la même, mais il faut tenir compte du fait que le molleton gris est plus épais.

2.1.5. Expérience # 5

Nous avons étudié la conductivité thermique d'un polyester de rembourrage de différentes épaisseurs.

Rembourrage fin en polyester

Hivernage synthétique épais

Épaisseur

1cm

2 cm

Largeur

12cm

12cm

Longueur

13cm

13cm

Carré

156cm 2

156cm 2

14:31

31,9

31,7

14:36

30,5

14:41

29,7

29,3

14:46

29,5

28,7

Construisons un graphique

Le graphique montre que la conductivité thermique d'un polyester de rembourrage épais est bien inférieure à celle d'un fin.

2.1.6. Expérience # 6

Pour l'étude, nous avons choisi le premier échantillon - un hivernant synthétique épais (matériau synthétique, léger, volumineux, résilient, non tissé)

Deuxième échantillon- Xallofibre(tissu non tissé rempli de fibres synthétiques sous forme de spirales, boules, ressorts).

Mettons les résultats dans le tableau

15:05

15:10

15:15

15:20

Construisons un graphique

À la suite de l'expérience, il s'est avéré que la conductivité thermique de la holofibre est pire que celle du polyester de rembourrage.

Ainsi, nous étions convaincus que dans les conditions d'un laboratoire de physique scolaire il est possible de réaliser une analyse comparative des tissus textiles.

2.2 Calcul du coefficient d'isolation thermique du molleton, du rembourrage polyester et de la fibre de hall.

Selon la formule : le coefficient de conductivité thermique est calculé, où

P est la puissance totale des pertes de chaleur, S est la section transversale du parallélépipède, ΔT est la différence de température entre les bords, h est la longueur du parallélépipède, c'est-à-dire la distance entre les bords.

La conductivité thermique est mesurée en W / (m · K).

Par analogie avec le coefficient de conductivité thermique, nous avons calculécoefficient d'isolation thermique. Dans notre expérience

P = Q1 - Q2 / t, la puissance que conserve le matériau. Où : Q1 est la quantité de chaleur dégagée par l'eau dans l'éprouvette graduée sans « vêtements », pendant le temps t ;

Q2 est la quantité de chaleur dégagée par l'eau dans l'éprouvette graduée avec « vêtements », pendant le temps t ;

S est la surface de l'échantillon de tissu ;

h est la distance entre les bords.

2.2.1. Calcul du coefficient d'isolation thermique du molleton noir.

S = 88 cm ; h = 0,5 cm ; T = 22,2 ° -21,2 ° = 1 ° С

Q2 = 4200 * 0,12 * (38,5-37) = 756 (J),

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

c = (1008 -756) * 0,005 / (300 * 0,0088 * 1) = 1,26 / 2,64 = 0,48 (W / m * K)

2.2.2. Calcul du coefficient d'isolation thermique des nappes légères.

S = 88 cm2 ; h = 0,6 cm ; T = 24,3 °C-22,5 °C = 1,8 °C

Q1 = cmΔt = 4200 * 0,12 * (38-36) = 1008 (J)

Q2 = 4200 * 0,12 * (39,5-38) = 756 (J)

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

c = (1008 -756) * 0,006 / (300 * 0,0088 * 1,8) = 1,512 / 4,752 = 0,32 (W / m * K)

Conclusion:coefficient d'isolation thermique du molleton noir 0,48 (W / m * K)

0,32 (W/m * K)

2.2.3. Calcul du coefficient d'isolation thermique d'un polyester de rembourrage fin.

S = 156 cm2 ; h = 0,4 cm ; T = 23,8 °C-22,5 °C = 1,3 °C

Q2 = 4200 * 0,12 * (29,3-28,7) = 307,2 (J)

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

c = (512-307,2) * 0,004 / (300 * 0,0273 * 1,3) = 0,82 / 10,647 = 0,077 (W / m * K)

2.2.4. Calcul du coefficient d'isolation thermique d'un rembourrage épais en polyester.

S = 156 cm2 ; h = 1,3 cm ; T = 23,2°C-22°C = 1,2°C

Q1 = cmΔt = 4200 * 0,12 * (28-27) = 512 (J)

Q2 = 4200 * 0,12 * (29,7-29,5) = 102,4 (J)

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

c = (512-102,4) * 0,013 / (300 * 0,0273 * 1,2) = 5,32 / 9,83 = 0,54 (W / m * K)

coefficient d'isolation thermique d'un fin rembourrage polyester 0,077 (W / m * K)

coefficient d'isolation thermique du bâton léger 0,54 (W/m * K)

2.2.5. Calcul du coefficient d'isolation thermique de la fibre de hall.

S = 156 cm2 ; h = 2 cm ; T = 23,8 °C-22,5 °C = 1,3 °C

Q1 = cmΔt = 4200 * 0,12 * (55-52) = 1512 (J)

Q2 = 4200 * 0,12 * (61-60) = 504 (J)

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

c = (1512-504) * 0,02 / (300 * 0,0156 * 1,3) = 0,82 / 840 = 0,024 (W / m * K)

Ainsi, dans les conditions d'un laboratoire scolaire, il est possible de réaliser une analyse comparative de la conductivité thermique de divers tissus textiles et de déterminer expérimentalement le coefficient d'isolation thermique.

L'industrie textile moderne utilise de plus en plus de fibres synthétiques. À cette fin, tout comme dans de nombreuses branches de la production moderne, la nanotechnologie vient à l'industrie textile.

Les nanomatériaux peuvent contenir des nanoparticules, des nanofibres et d'autres additifs. Par exemple, Nano-Tex produit avec succès des tissus améliorés grâce à la nanotechnologie. L'un de ces tissus offre une qualité absolueimperméabilité: en raison du changement dans la structure moléculaire des fibres, les gouttelettes d'eau sont complètement enroulées hors de la toile, qui "respire" en même temps. En mars 2004, AspenAerogels a commencé à fabriquer des semelles intérieures de chaussures isolantes à partir d'un nouveau nanomatériau. Le nouvel isolant retient mieux la chaleur que tous les matériaux modernes existants. En comparaison avec eux, ses caractéristiques thermiques avec la même épaisseur d'échantillon se sont améliorées de 3 à 20 fois. Il n'est pas surprenant qu'avec de tels indicateurs, les produits d'un nouvel isolant thermique aient une consommation de matériau minimale.

Les nanorevêtements permettentl'intégration de la micro et de la nanoélectronique dans les textiles, ainsi que les MEMS, étend considérablement les possibilités d'utilisation quotidienne, qui peuvent être utilisées comme moyen de communication et même ordinateur personnel... Et la production de textiles avec des capteurs intégrés permettra de surveiller l'état du corps humain. Cela ouvrira certainement de nouvelles opportunités dans la pratique médicale, le sport et le maintien de la vie dans des conditions extrêmes.

Pour protéger une personne de l'hypothermie, il est actuellement développésous-vêtements thermiques. Les sous-vêtements thermiques sont des sous-vêtements spéciaux, ajusté au corps dans une coupe spéciale. L'un des principaux avantages est qu'il ne s'étire pratiquement pas. Aucune couture latérale ou seulement quelques coutures plates éliminent le risque de frottement.Sous-vêtements thermiques économisant la chaleur. En d'autres termes, les sous-vêtements thermiques chauffants sont destinés aux bas et moyens activité physiqueà des températures fraîches, froides ou très froides environnement externe... Recommandé pour une utilisation dans toutes les conditions météorologiques, lorsque la rétention de chaleur est requise, c'est-à-dire quand il est nécessaire de s'échauffer, en fonction de la tolérance individuelle du corps humain.

Sous-vêtements thermiques (fonctionnels) qui évacuent l'humidité. Ce sous-vêtement thermique a la capacité d'éliminer l'excès d'humidité (sueur) de la surface de la peau. En règle générale, ce type de sous-vêtements thermiques est composé à 100 % de matières synthétiques. L'utilisation de types spéciaux de matières synthétiques améliore les propriétés des sous-vêtements thermiques en termes d'élimination de l'humidité. Cela n'a aucun sens d'énumérer tous les types de synthétiques avec de telles propriétés. Citons seulement les plus célèbres d'entre eux : Coolmax, QuickDry, ThermoliteBase, Polypropylène, Viloft, et bien d'autres.

Sous-vêtements thermiques économisant la chaleur et évacuant l'humidité (hybride).Sous-vêtements thermiques combinant les deux propriétés ci-dessus, c'est-à-dire et réchauffant et évacuant l'humidité.

Sous-vêtements thermiques fonctionnels qui évacuent l'humidité

Sous-vêtements thermiques économisant la chaleur

Sous-vêtements thermiques hybrides

Les sous-vêtements thermiques font face à de nombreux types de fonctions- pour réchauffer, évacuer l'humidité, ou les deux à la fois. Les sous-vêtements thermiques vous permettent de pratiquer vos sports actifs préférés dans différentes conditions climatiques, sans créer de sensation d'inconfort, et permettent également d'économiser votre énergie thermique.

La conductivité thermique des tissus textiles joue un rôle important dans l'habillement humain, et en particulier dans notre climat. Par conséquent, nous souhaitons donner plusieurs recommandations pour le choix des vêtements :

1) habillez-vous toujours en fonction de la météo.

2) utiliser le principe de la superposition : « trois tee-shirts fins valent mieux qu'un gros ».

3) privilégier les vêtements en fibres naturelles, rappelez-vous que la science ne reste pas immobile et que les fibres artificielles ne sont pas inférieures et surpassent parfois les fibres naturelles dans leurs qualités de conduction thermique.

Chapitre III Conclusion et conclusions

Nous n'avons étudié que quelques types de tissus, naturels et synthétiques. L'industrie moderne utilise souvent des tissus fabriqués à partir de fibres synthétiques. Ces tissus présentent à la fois des avantages et des inconvénients. L'avantage de tels tissus réside dans leur mauvaise conductivité thermique, par conséquent, ils retiennent bien notre chaleur.L'hivernage synthétique a des performances d'isolation thermique moyennes. Les vêtements d'extérieur avec rembourrage en polyester ne conviennent qu'aux hivers très doux. Pour un climat rigoureux, l'hivernage synthétique est inacceptable. Mais le holofibre a une excellente isolation thermique (proche du duvet naturel) et est bien adapté au froid. En gardant bien au chaud, il permet à la peau de respirer. L'hivernage synthétique laisse passer l'air moins bien.

Conclusion:

holofibre,holofibre,

Importance pratique

Lister Littérature

Galakhova E.N.Climat de la Mordovieet les zones adjacentes de la région de la Terre non noire dans le temps (basé sur des matériaux de recherche dans la République socialiste soviétique autonome de Mordovie) : Avtoref. dis. ... cand .../

Grande Encyclopédie Soviétique, tome 43. P. 473.-M. : TSB. 1954

Smorodinsky A. Ya. Température. Bibliothèque "Quant". Numéro 12-M. : "Science" édition principale de la littérature physique et mathématique, 1981 g-159 p.

Encyclopédie pour enfants "AVANTA". Physique.t.16.ch.2.-M. : "Avanta + ", 2002.-432s.


Résumés

Etude de la conductivité thermique de divers types de matières textiles "

MOU "École n°13", Saransk

Rubrique : physique

Responsable : Palaeva N.P., professeur de physique.

Nous vivons dans un climat continental tempéré caractérisé par des hivers froids et glacials et des étés légèrement chauds.

Fin 2009, un débat sur la Terre éclate. Il y avait de nombreux faits scientifiques selon lesquels le climat sur Terre se réchauffe et notre civilisation est à blâmer. Il y avait aussi des opinions selon lesquelles la théorie du « réchauffement climatique » était fausse. La nature a aussi décidé de dire son lourd mot avec les gelées hivernales. De nombreux pays européens étaient couverts de neige et les habitants de ces pays ont reconstitué d'urgence leur garde-robe avec des vêtements chauds.

Dans des conditions de prédominance de températures différentes, se pose le problème de vêtements appropriés qui, s'ils ne se réchauffent pas, retiennent alors bien la chaleur. Les vêtements doivent avoir une faible conductivité thermique. Nous avons donc décidé d'étudier certains types de tissus pour la conductivité thermique.

Le but de ce travail : étudier la conductivité thermique des matériaux textilesvdans les conditions d'une étude de physique scolaire.

Tâches de travail: examiner base théorique le concept de conductivité thermique; étudier expérimentalement la conductivité thermique des matériaux textiles; déterminer expérimentalement le coefficient d'isolation thermique des matières textiles,comparer les valeurs expérimentales et tabulaires de la conductivité thermique des matériaux, tirer une conclusion.

Le principal indicateur des propriétés d'isolation thermique d'un matériau est le coefficient de conductivité thermique.

Pertinence du travail :

• Possibilité d'obtenir de nouveaux matériaux d'isolation thermique avec de meilleures propriétés.

L'isolation thermique joue l'un des rôles les plus importants dans la résolution des problèmes de santé.

Dans les climats tempérés, se pose le problème de vêtements appropriés, qui doivent bien retenir la chaleur, pour cela ils doivent avoir une faible conductivité thermique.

L'utilisation de divers types d'isolation, lors de la couture de vêtements, peut réduire la croissance de la maladie en cas de thermorégulation du corps.

De telles recherches nous permettent d'approfondir radicalement notre compréhension de la conductivité thermique des matériaux textiles et de découvrir quel matériau est le plus efficace.

Objet d'étude : Au cours de ce travail de recherche, des expérimentations ont été menées avec différents types de tissus et d'isolants.Sur la base des résultats des travaux, le principalconclusions ... Après avoir étudié la littérature sur le sujet de recherche et comparé les résultats obtenus expérimentalement avec des valeurs tabulaires, cela nous permet de juger de la petite erreur de mesure.Ainsi, nous nous sommes assurés que dans les conditions d'une salle de physique scolaire, il est possible de réaliser une analyse comparative de la conductivité thermique des tissus, qui sert à confectionner nos vêtements.Au cours de mes expériences, j'ai étudié la conductivité thermique de deux types de tissus de combinaison (fin et drapé) et l'isolationholofibre,rembourrage polyester et molleton. À la suite des expériences, j'étais convaincu que la conductivité thermique la plus faible aholofibre,un hivernage synthétique, puis un molleton, un drapé et un tissu de costume en laine mince ont la plus grande conductivité thermique. C'est-à-dire que les vêtements d'extérieur, faits de drapé et isolés avec de la fibre Holla et un rembourrage en polyester, garderont bien notre chaleur et, par conséquent, nous protégeront du froid hivernal.

Les résultats obtenus au cours de la recherche montrent les capacités uniques d'isolation thermique des matériaux textiles modernes et conduisent à la conclusion qu'il est nécessaire d'informer et même de promouvoir de nouveaux matériaux textiles auprès de la population. L'industrie textile moderne utilise de plus en plus de fibres synthétiques. À cette fin, tout comme dans de nombreuses branches de la production moderne, la nanotechnologie vient à l'industrie textile.

Les textiles à base de nanomatériaux acquièrent une résistance à l'eau, une résistance à la saleté, une conductivité thermique, la capacité de conduire l'électricité et d'autres propriétés uniques dans leurs indicateurs.

Importance pratique

La conductivité thermique des tissus joue un rôle important dans les vêtements d'une personne, et donc dans sa vie. Une personne doit toujours s'habiller en fonction de la météo afin de maintenir sa santé physique.

but du travail

Assimilation et consolidation du matériel théorique sur la section de transfert de chaleur « Conductivité thermique », maîtrisant la méthode de détermination expérimentale du coefficient de conductivité thermique ; acquisition des compétences de mesure, analyse des résultats.

1. Déterminer expérimentalement le coefficient de conductivité thermique du matériau d'isolation thermique.

2. Notez la valeur tabulaire du coefficient de conductivité thermique du matériau à l'étude.

3. Calculer l'erreur de la valeur du coefficient de conductivité thermique trouvée dans l'expérience par rapport au tableau.

4. Faire une conclusion sur le travail.

INSTRUCTIONS

Lors de la réalisation de calculs techniques, il est nécessaire de disposer des valeurs des coefficients de conductivité thermique de divers matériaux.

Le coefficient de conductivité thermique caractérise la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. La valeur numérique l des matériaux solides, en particulier des isolants thermiques, est généralement déterminée de manière empirique.

La signification physique du coefficient de conductivité thermique est déterminée à partir de l'équation de Fourier écrite pour le flux de chaleur spécifique

g = –l grad t. (un)

Il existe plusieurs méthodes pour la détermination expérimentale de la valeur de l, basées sur la théorie d'un régime thermique stationnaire ou non stationnaire.

L'équation différentielle du flux de chaleur Q, W, à conductivité thermique stationnaire peut être écrite sous la forme

Q = - lF grad t. (2)

Si l'on considère un cylindre à paroi mince, lorsque l / d> 8, le gradient de température du champ de température dans le système de coordonnées cylindriques s'écrira sous la forme

grade t = dt / dr,

et l'équation (2) de ce cas

où d 1, d 2 - respectivement, les diamètres intérieur et inférieur du cylindre, m;

l - longueur du cylindre, m;

(t 2 - t 1) = Dt est la différence de température entre les températures sur les surfaces intérieure et extérieure du cylindre, 0  ;

l est le coefficient de conductivité thermique du matériau à partir duquel le cylindre est fabriqué, W / (m × 0 С);

grad t - gradient de température le long de la normale à la surface d'échange thermique, 0 / m.

Si l'équation (3) est résolue par rapport au coefficient de conductivité thermique l, W / (m × 0 С), alors nous aurons

l = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt). (4)

L'équation (4) peut être utilisée pour trouver expérimentalement la valeur du coefficient de conductivité thermique du matériau à partir duquel le cylindre est fabriqué.

Lors de la réalisation de l'expérience, il est nécessaire de déterminer la valeur du flux de chaleur Q, W et les valeurs (t 2 - t 1) = Dt 0 С, au début d'un régime thermique stationnaire.

MONTAGE EXPÉRIMENTAL

Le montage expérimental (figure) se compose d'un cylindre 1, dans la cavité intérieure duquel est placé un radiateur électrique 2, sa puissance est régulée par un autotransformateur (interrupteur à bascule) 3 et est déterminée par les lectures d'un ampèremètre 4 et d'un voltmètre 5. La température des surfaces intérieure et extérieure du cylindre est mesurée à l'aide de thermocouples chromel-copel 7 connectés à un thermomètre à microprocesseur 6. Par la différence de ces températures dans un mode thermique stationnaire, le coefficient de conductivité thermique du matériau sous enquête à partir de laquelle le cylindre est fabriqué est déterminé.

Dessin . Schéma d'un montage expérimental pour déterminer la conductivité thermique du matériau du cylindre.

PROCÉDURE EXPÉRIMENTALE

1. Allumez l'équipement en tournant le bouton du panneau sur la position 1.

2. Tournez le bouton de l'autotransformateur (interrupteur à bascule) pour régler la puissance de chauffage définie par l'enseignant.

3. En observant les lectures du thermomètre, attendez l'établissement d'un régime thermique stationnaire.

4. Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau :

Tableau

où U, I - tension et courant dans l'appareil de chauffage;

t 2, t 1 - température des surfaces intérieure et extérieure du cylindre.

TRAITEMENT EXPÉRIMENTAL DES DONNÉES

1. Calculer la conductivité thermique du matériau d'essai, l, W / (m × 0 )

l eq = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt),

où Q = U × I - puissance de chauffage, W;

d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m - diamètres intérieur et extérieur du cylindre;

l = 0,55 m - longueur du cylindre.

2. Notez la valeur tabulaire de l, W / (m × 0 ).

3. Déterminer l'erreur l eq par rapport à la valeur de référence l,%.

D = (l éq - l) 100 / l.

QUESTIONS POUR L'AUTOFORMATION

1. Conditions thermiques stables et instables.

2. Champ de température, stationnaire et non stationnaire, le champ stationnaire est tridimensionnel, bidimensionnel et unidimensionnel.

3. Gradient de température.

4. La nature physique du processus de conduction thermique.

5. L'équation de Fourier, son analyse.

6. Coefficient de conductivité thermique, facteurs affectant la valeur du coefficient de conductivité thermique.

7. Donner la valeur numérique du coefficient de conductivité thermique pour certains matériaux.

8. Quels matériaux sont calorifuges ?

9. Notez la valeur du gradient de température pour un champ de température unidimensionnel dans les systèmes de coordonnées cartésiens et cylindriques.

10. Écrivez les formules pour déterminer le flux de chaleur Q, W, parois monocouches et multicouches plates et cylindriques.

11. Notez les formules permettant de déterminer les flux de chaleur spécifiques g 1, W / m 2, g 2, W / m pour les murs monocouches et multicouches plats et cylindriques.

LISTE BIBLIOGRAPHIQUE

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Principes fondamentaux du transfert de chaleur), Moscou : Energiya, 1977.

2. Baskakov A.P. et autres. Génie thermique. - M.: Energoizdat, 1991.

3. Nashchokin VB Thermodynamique technique et transfert de chaleur.- Moscou : Ecole supérieure, 1980.

4. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfert de chaleur), Moscou : Energiya, 1981.

but du travail

Assimilation et consolidation du matériel théorique sur la section de transfert de chaleur « Conductivité thermique », maîtrisant la méthode de détermination expérimentale du coefficient de conductivité thermique ; acquisition des compétences de mesure, analyse des résultats.

Déterminer expérimentalement le coefficient de conductivité thermique du matériau calorifuge.

Notez la valeur tabulaire du coefficient de conductivité thermique du matériau à l'étude.

Calculer l'erreur de la valeur du coefficient de conductivité thermique trouvée dans l'expérience par rapport au tableau.

Faire une conclusion sur le travail.

INSTRUCTIONS

Lors de la réalisation de calculs techniques, il est nécessaire de disposer des valeurs des coefficients de conductivité thermique de divers matériaux.

Le coefficient de conductivité thermique caractérise la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. La valeur numérique l des matériaux solides, en particulier des isolants thermiques, est généralement déterminée de manière empirique.

La signification physique du coefficient de conductivité thermique est déterminée à partir de l'équation de Fourier écrite pour le flux de chaleur spécifique

g = –l grad t. (un)

Il existe plusieurs méthodes pour la détermination expérimentale de la valeur de l, basées sur la théorie d'un régime thermique stationnaire ou non stationnaire.

L'équation différentielle du flux de chaleur Q, W, à conductivité thermique stationnaire peut être écrite sous la forme

Q = - lF grad t. (2)

Si l'on considère un cylindre à paroi mince, lorsque l / d> 8, le gradient de température du champ de température dans le système de coordonnées cylindriques s'écrira sous la forme

grade t = dt / dr,

et l'équation (2) de ce cas

où d 1, d 2 - respectivement, les diamètres intérieur et inférieur du cylindre, m;

l - longueur du cylindre, m;

(t 2 - t 1) = Dt est la différence de température entre les températures sur les surfaces intérieure et extérieure du cylindre, 0  ;

l - coefficient de conductivité thermique du matériau à partir duquel le cylindre est fabriqué, W / (m 0 С);

grad t - gradient de température le long de la normale à la surface d'échange thermique, 0 / m.

Si l'équation (3) est résolue par rapport au coefficient de conductivité thermique l, W / (m 0 С), alors nous aurons

l = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt). (4)

L'équation (4) peut être utilisée pour trouver expérimentalement la valeur du coefficient de conductivité thermique du matériau à partir duquel le cylindre est fabriqué.

Lors de la réalisation de l'expérience, il est nécessaire de déterminer la valeur du flux de chaleur Q, W et les valeurs (t 2 - t 1) = Dt 0 С, au début d'un régime thermique stationnaire.

MONTAGE EXPÉRIMENTAL

Le montage expérimental (figure) se compose d'un cylindre 1, dans la cavité intérieure duquel est placé un radiateur électrique 2, sa puissance est régulée par un autotransformateur (interrupteur à bascule) 3 et est déterminée par les lectures d'un ampèremètre 4 et d'un voltmètre 5. La température des surfaces intérieure et extérieure du cylindre est mesurée à l'aide de thermocouples chromel-copel 7 connectés à un thermomètre à microprocesseur 6. Par la différence de ces températures dans un mode thermique stationnaire, le coefficient de conductivité thermique du matériau sous enquête à partir de laquelle le cylindre est fabriqué est déterminé.

Dessin . Schéma d'un montage expérimental pour déterminer la conductivité thermique du matériau du cylindre.

PROCÉDURE EXPÉRIMENTALE

Allumez l'équipement en tournant le bouton de la carte en position 1.

Tournez le bouton de l'autotransformateur (interrupteur à bascule) pour régler la puissance de chauffe réglée par l'enseignant.

En observant les lectures du thermomètre, attendez l'établissement d'un régime thermique stationnaire.

Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau :

Tableau

où U, I - tension et courant dans l'appareil de chauffage;

t 2, t 1 - température des surfaces intérieure et extérieure du cylindre.

TRAITEMENT EXPÉRIMENTAL DES DONNÉES

Calculer le coefficient de conductivité thermique du matériau à l'étude, l, W / (m 0 С)

l eq = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt),

où Q = UI - puissance de chauffage, W ;

d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m - diamètres intérieur et extérieur du cylindre;

l = 0,55 m - longueur du cylindre.

Notez la valeur tabulaire l, W / (m 0 С).

3. Déterminer l'erreur l eq par rapport à la valeur de référence l,%.

D = (l éq - l) 100 / l.

QUESTIONS POUR L'AUTOFORMATION

Conditions thermiques stables et instables.

Champ de température, stationnaire et non stationnaire, le champ stationnaire est tridimensionnel, bidimensionnel et unidimensionnel.

Gradient de température.

L'essence physique du processus de conduction thermique.

L'équation de Fourier, son analyse.

Coefficient de conductivité thermique, facteurs affectant la valeur du coefficient de conductivité thermique.

Donner la valeur numérique du coefficient de conductivité thermique pour certains matériaux.

Quels matériaux sont calorifuges ?

Notez la valeur du gradient de température pour un champ de température unidimensionnel dans les systèmes de coordonnées cartésiens et cylindriques.

Notez les formules pour déterminer le flux de chaleur Q, W, parois monocouches et multicouches planes et cylindriques.

Notez les formules permettant de déterminer les flux de chaleur spécifiques g 1, W / m 2, g 2, W / m pour les murs monocouches et multicouches plats et cylindriques.

LISTE BIBLIOGRAPHIQUE

Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Principes fondamentaux du transfert de chaleur), Moscou : Energiya, 1977.

Baskakov A.P. et autres. Génie thermique. - M.: Energoizdat, 1991.

V.B. Nashchokin Thermodynamique technique et transfert de chaleur.- Moscou : Ecole supérieure, 1980.

Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfert de chaleur), Moscou : Energiya, 1981.

TRAVAIL N°8

DÉTERMINATION DU DEGRÉ D'OBSCURITÉ DU CORPS SOLIDE

but du travail

Assimilation et consolidation de matériel théorique sur la base de la théorie du transfert de chaleur "Transfert de chaleur radiant", ainsi que la maîtrise de la méthode de détermination expérimentale de l'émissivité et de l'émissivité d'un solide.

1. Déterminer expérimentalement l'émissivité et l'émissivité d'un solide.

2. Trouvez l'erreur de la valeur obtenue du degré d'émissivité par rapport à la valeur de référence (en pourcentage).

3. Faites une conclusion sur le travail.

INSTRUCTIONS

Tous les corps émettent et absorbent en continu l'énérgie thermique... Le porteur de l'énergie thermique rayonnante est constitué d'oscillations électromagnétiques d'une longueur d'onde de 0,8 à 800 microns. Le processus de transfert de chaleur radiante se produit entre des corps à différentes températures et séparés par un milieu gazeux.

Le flux de chaleur rayonnante d'un corps, frappant un autre corps, est partiellement absorbé, partiellement réfléchi et traverse partiellement le corps. Une partie de l'énergie rayonnante absorbée par le corps est reconvertie en énergie thermique. Cette partie de l'énergie qui est réfléchie tombe sur d'autres corps (environnants) et est absorbée par eux. La même chose se produit avec cette partie de l'énergie qui traverse le corps. Ainsi, après une série d'absorptions, l'énergie émise par le corps est complètement répartie entre les corps environnants. Par conséquent, chaque corps non seulement émet en continu, mais absorbe également en continu de l'énergie rayonnante.

Pour déterminer le flux radiant émis par le corps, (W), la formule est utilisée

, (1)

où C est l'émissivité du corps gris, W / (m 2 K 4),

C = C o ;

Co est l'émissivité d'un corps absolument noir, W / (m 2 K 4),

 - degré de noirceur du corps d'essai;

F est la surface du tube à essai, m 2;

T 1 est la température absolue de la surface du tube à essai, K;

T in - la température absolue de l'air dans la pièce, K.

A partir de la formule (1), la valeur de l'émissivité du corps d'essai est déterminée, W / (m 2 K 4),

. (2)

Lors de l'examen du transfert de chaleur radiante, certaines des valeurs incluses dans les formules de calcul sont déterminées empiriquement; par exemple, le degré de noirceur du corps. Pour déterminer empiriquement la valeur numérique du degré de noirceur du corps, vous pouvez utiliser le montage expérimental.

MONTAGE EXPÉRIMENTAL

Le montage expérimental (figure) se compose d'un sujet d'essai 1 et d'un corps de référence 2, réalisés sous la forme de tubes d'une longueur je installé verticalement. Les diamètres extérieurs des tubes sont les mêmes : d = 0,025 m.

Ainsi, les corps d'essai (gris) et de référence (noir) ont la même taille de surfaces d'échange thermique F. Le tube de référence est recouvert de : vernis noir de noircissement connu ( et = 0,97). Des radiateurs électriques 3 sont montés à l'intérieur des tubes, assurant un dégagement de chaleur uniforme sur toute la longueur des tubes. Les résistances sont alimentées par un réseau à courant alternatif, leurs puissances sont régulées par des autotransformateurs de laboratoire 4 et sont mesurées par des wattmètres 5. Le flux thermique créé par la résistance électrique et traversant la paroi de la canalisation dans l'air ambiant est déterminé par la puissance des chauffage électrique. La prévention des fuites de chaleur dans l'air ambiant aux extrémités des tubes est obtenue par l'installation de bouchons calorifuges.

La température à la surface des tubes est mesurée à l'aide de thermocouples chromel-copel 6 et d'un thermomètre à microprocesseur 7.

La température de l'air dans le laboratoire est déterminée par un thermomètre installé loin de l'installation. On suppose que la température des corps dans la pièce (à l'exception des corps 1 et 2) est égale à la température de l'air qu'il contient.

Le flux de chaleur de la surface du tube à l'air, déterminé dans l'expérience, est la somme des flux de chaleur convectifs et radiants (W)

Q = Qk + Ql, (3)

Q l = Q - Q k. (4)

La valeur de Q k peut être calculée en utilisant les formules de transfert de chaleur par convection, mais il est plus pratique d'exclure cette valeur de la considération en utilisant un corps de référence avec un degré d'émissivité connu. Pour ce montage expérimental fl 0.97.

Dessin. Schéma de montage expérimental

Le rayonnement du corps de référence sera déterminé par la formule

. (5)

Si la forme, la taille et la température des corps d'essai et de référence sont les mêmes, les composantes convectives peuvent être assimilées, c'est-à-dire

,

Q l = Q -
+
... = (Q -
) +F [( / 100) 4 - (T dans / 100) 4]. (6)

En remplaçant (6) dans (2), on obtient la formule de calcul

. (7)