Studija toplinske vodljivosti. Tema: “Proučavanje fenomena toplinske vodljivosti

Tekst rada je objavljen bez slika i formula.
Puna verzija Rad je dostupan u kartici "Radne datoteke" u PDF formatu

Uvod.

Danas je pitanje racionalnog korištenja toplinskih i energetskih resursa vrlo hitno. Kontinuirano se razvijaju načini uštede topline i energije kako bi se osigurala energetska sigurnost za razvoj gospodarstva, kako države tako i svake pojedine obitelji.

Kuća gubi toplinu kroz ogradne konstrukcije (zidovi, prozori, krov, temelj), ventilaciju i kanalizaciju. Glavni gubici topline javljaju se kroz ogradne konstrukcije - 60-90% svih gubitaka topline.

Izračun gubitka topline kod kuće potreban je barem za odabir pravog kotla. Također možete procijeniti koliko će se novca potrošiti na grijanje u planiranoj kući. Također je moguće, zahvaljujući izračunima, analizirati financijsku učinkovitost izolacije, tj. razumjeti hoće li se troškovi ugradnje izolacije nadoknaditi uštedom goriva tijekom vijeka trajanja izolacije.

Pojam toplinske vodljivosti materijala proučava se u školi u 8. razredu. Toplinska vodljivost je proces prijenosa energije s toplog dijela materijala na hladni dio materijala pomoću čestica tog materijala (tj. molekula).

Odlučili smo proučavati toplinsku vodljivost razne tvari i materijala, te utvrditi koji su moderni izolacijski materijali najučinkovitiji.

Time smo odredili temu našeg rada.

Predmet: Proučavanje toplinske vodljivosti različitih tvari.

Svrha studije:

Odredite koeficijent toplinske difuzije različitih tvari, te prepoznajte najbolje toplinske izolatore od suvremenih građevinskih izolacijskih materijala.

Metode istraživanja:

Predmet proučavanja: Razni materijali i građevinski materijali za toplinsku izolaciju.

Predmet proučavanja: Toplinska vodljivost tvari.

Hipoteza:

Ako se temperatura tvari neznatno mijenja tijekom određenog vremena, tada ta tvar ima lošu toplinsku vodljivost, tj. dobro zadržava toplinu.

Učinkoviti toplinski izolatori imaju nisku toplinsku difuziju.

2. Glavni dio.

U modernim uvjetima rastuće cijene goriva također su promijenile pristupe toplinskoj zaštiti zgrada i povećale zahtjeve za Građevinski materijal. Svaki dom treba izolaciju i sustav grijanja. Stoga je pri izvođenju proračuna toplinskog inženjerstva zatvorenih konstrukcija važno izračunati indeks toplinske vodljivosti.

Toplinska vodljivost- ovo je fizičko svojstvo materijala u kojem Termalna energija unutar tijela kreće se od najtoplijeg dijela tijela prema hladnijem dijelu. Vrijednost indikatora toplinske vodljivosti pokazuje stupanj gubitka topline u stambenim prostorijama.

Koeficijent toplinske vodljivosti - je fizički parametar tvari i općenito ovisi o temperaturi, tlaku i vrsti tvari. U većini slučajeva, koeficijent toplinske vodljivosti za raznih materijala utvrđeno eksperimentalno pomoću razne metode. Većina njih temelji se na mjerenju protoka topline i promjena temperature u tvari koja se proučava.

U školskom okruženju teško je odrediti energiju koja prolazi kroz površinu. Stoga smo u našem radu odlučili odrediti ne energiju, već promjenu temperature po jedinici vremena. Taj se koeficijent naziva koeficijent toplinske difuzije.

Koeficijent toplinske difuzije(a) - služi kao mjera brzine kojom porozni medij prenosi promjenu temperature s jedne točke na drugu po jedinici vremena.

Da bismo odredili koeficijent, prikupili smo jednostavna instalacija, tronožac, držač i termometar, držač uzorka, žarulja sa žarnom niti od 100 W kao izvor grijanja.

2.1. Proučavanje toplinske vodljivosti plinova.

Cilj: Određivanje koeficijenta toplinske difuzije plinova.

Kao što znate, plinovi su loši vodiči topline. Zbog velike udaljenosti između molekula, energija se dugo prenosi s molekule na molekulu, odnosno vrijeme promjene temperature bit će dugo.

Eksperimentalni uvjeti: uzeli smo epruvetu, zagrijali zrak u epruveti odozdo žaruljom sa žarnom niti i izmjerili temperaturu u epruveti termometrom. Početna temperatura termometra je 20°C.

Temperatura oko lampe je 65°C.

Zaključak: Zrak je loš vodič topline, što dokazuje izračunati koeficijent toplinske difuzije = 0,8 °C/min.

Ako između ostavimo male razmake zraka završni materijali zidova, podova itd., tada smanjujemo gubitke energije.

2. 2 .Proučavanje toplinske vodljivosti tekućine.

Cilj: Proučavanje toplinske vodljivosti raznih tekućina i određivanje njihovog koeficijenta toplinske difuzije.

Eksperimentalni uvjeti: natočili smo vodu, suncokretovo ulje i alkohola u epruvetu, dno se zagrijava žaruljom sa žarnom niti, a temperatura u epruveti mjeri se termometrom.

Vanjski čimbenici koji utječu na eksperimentalne podatke: temperatura okoliš.

Početna temperatura termometra je 16°C, temperatura oko lampe je 65°C.

Tekućine	t-temperatura	Promijeniti temperatura	t- vrijeme	temperaturni koeficijent provodljivost °C/ min.
				Prosjek 2,6
				Prosjek 3,7
				Prosjek 5,1

Zaključak: Voda ima najveći toplinski kapacitet od ovih tekućina, tj. troši puno energije pri grijanju. To objašnjava rezultate pokusa: voda se zagrijava sporije od ulja i alkohola, pa je njezin prosječni koeficijent toplinske difuzije najmanji i iznosi 2,6°C/min, za ulje 3,7°C/min, za alkohol 5,1°C /min.

Najbolji vodič topline je alkohol koji ima najveći koeficijent toplinske difuzije.

Voda je najbolji toplinski izolator.

Zrak i voda slabo prenose toplinu, tj. Ovo je dobra toplinska zaštita. Znamo primjere: zimsko žito pod snijegom, krzneni kaputi, dvostruki prozori s više komora itd. Ali krute se koriste za izolaciju kuća i stanova.

Čvrste tvari - izolacija - pomažu u održavanju topline u kući.

2.3.1. Određivanje koeficijenta toplinske difuzije raznih vrsta stakla i drugih materijala.

Ispitivali smo toplinsku vodljivost materijala koji se najčešće koriste u građevinarstvu.

Ime	Promjena temperature	Koeficijent temperatura provodljivost E=∆ t/ t(°C / min)
			Prosječna vrijednost
Obično staklo
Pleksiglas
Pleksiglas (zeleni)
Galvanizirano željezo
Suhozidom

Zaključak: Najniži koeficijent toplinske difuzije od tri vrste Staklo ima, prema našim podacima, jednostavno staklo. Riječ je o običnom staklu koje se koristi u dvoslojnim prozorima u svrhu toplinske izolacije.

Popularni građevinski materijali za završnu obradu zidova i podova - gipsane ploče i laminat - imaju nizak koeficijent toplinske difuzije od 1,4 °C/min i 1,2 °C/min, pa nije slučajno da su vodeći u toplinskoj izolaciji od svih proučavanih čvrstih materijala .

Pocinčano željezo ima koeficijent toplinske difuzije = 1,0, što znači da pokrivanjem krovova ovim materijalom možemo značajno smanjiti gubitke topline iz kuće.

2.3.2 Određivanje koeficijenta toplinske difuzije različitih građevinskih materijala.

Kako bismo proveli ovo istraživanje, otišli smo u trgovinu građevinskog materijala Alex-Stroy. Ljubazno smo dobili uzorke modernog termoizolacijski materijali: mineralna vuna, staklena vuna, juteno vlakno, izolon, penoplex i jermaflex.

Odlučili smo odrediti najbolji toplinski izolator kombiniranjem ovih uzoraka sa suhozidom kojim se oblažu zidovi prostorija. Kombinacijom suhozida s izolacijom možete dobiti učinkovitu toplinsku zaštitu za svoj dom.

Početna t termometar=16°C, t u blizini svjetiljke =65°C.

Ime	Promjena temperature	Koeficijent temperatura provodljivost E=∆ t/ t(°C / min)
			Prosječna vrijednost
Suhozidom
Suhokarton + mineralna vuna
Suhokarton + staklena vuna
Suhozid + tkanina od jute
Drywall + penoplex
Suhozid + izolon
Suhokarton + jermaflex

Zaključak: Iz podataka u tablici vidljivo je da građevinski izolacijski materijali znatno smanjuju koeficijent toplinske difuzije. Najniži koeficijent toplinske difuzije od 1,0 °C/min ima kombinacija gipsanih ploča s mineralna vuna ili penoplex 1,1°C/min. Dakle, najučinkovitija toplinska zaštita zidova prostorija bit će izolacija mineralnom vunom ili penoplexom.

2.3.3 Određivanje najprofitabilnijeg toplinskog izolatora po cijeni od 1 m2.

Zaključak: Najpovoljniji toplinski izolator je ...., ali uzimajući u obzir učinkovitost toplinske izolacije, bolje je odabrati ...

3. Zaključak.

Toplinska vodljivost različitih tvari - ova tema, koju proučavamo u 8. razredu, ima važnu praktičnu primjenu.

Uz ogromne cijene grijanja, svaka osoba počinje razmišljati o tome kako održati toplinu u kući.

Za ocjenu stupnja toplinske izolacije materijala uveli smo novu vrijednost - koeficijent toplinske difuzije koji se izračunavao mjerenjem vremena i temperature štopericom i termometrom.

Izračunavanjem koeficijenta toplinske difuzije utvrdili smo da su najbolji toplinski izolatori zrak i voda. Ali za izolaciju kuća koriste se čvrsti materijali. Moderna proizvodnja nudi razne izolacijske materijale. Odabrali smo samo uobičajene toplinske izolatore u trgovini građevinskog materijala Alex-Stroy. Od njih smo utvrdili da su najbolji toplinski izolatori gips ploče i laminat, a još bolji u kombinaciji s mineralnom vunom, izolonom ili penoplexom.

Potvrđena je naša hipoteza da najbolji toplinski izolatori imaju nizak koeficijent toplinske difuzije.

Stoga nas je relevantnost teme održavanja topline u kući dovela do važnih zaključaka koje možemo koristiti u životu. Uvjereni smo da se trošak izolacije za građevinski materijal isplati kratko vrijeme topline i udobnosti u našim domovima.

4. Popis literature.

https://ru.wikipedia.org/wiki/

www.rg.ru/ 2010 /12/31/deti-inform-dok.htm

U članku su prikazani rezultati istraživanja toplinsko-zaštitnih svojstava tkanine od neprekinutog flora osnove korištenjem termovizijske instalacije. Predlaže se koristiti kao toplinski izolator građevinski materijal, koji ima potrebna svojstva - neobrezana dvoslojna tkanina s hrpom osnove, upotrebom pamučnih i najlonskih niti u potki. Kao rezultat istraživanja provedenog pomoću termovizijske instalacije bazirane na infracrvenoj kameri TermaCamTM SC 3000, utvrđene su glavne termofizičke karakteristike tkanine, dobiveni su termogrami procesa hlađenja uzoraka tkanine i na temelju rezultata mjerenja dobiveni su termogrami procesa hlađenja uzoraka tkanine. konstruirani su polulogaritamski grafovi njihovog hlađenja. Kao rezultat analize eksperimentalnih podataka proizlazi da toplinska otpornost uzoraka neprekinute dvopanelne tkanine od flora ovisi o njihovoj debljini. Povećanjem debljine pojedine tkanine raste i njezina toplinska otpornost, odnosno poboljšavaju se svojstva toplinske zaštite, neovisno o vlaknastom sastavu tkanine u potki.

warp tkanina

toplinski izolator

termovizijska kamera

toplinski otpor

1. Boyko S.Yu. Razvoj optimalnih tehnoloških parametara za proizvodnju tkiva za zaštitu čovjeka od vanjskih utjecaja: Sažetak diplomskog rada. dis. dr.sc. tehn. Sci. – M., 2004. – 16 str.

2. Vavilov V.P., Klimov A.G. Termovizijske kamere i njihova primjena. – M.: “Intel Universal”, 2002 – 88 str.

3. Kolesnikov P.A. Osnove projektiranja termozaštitne odjeće. L.: “Laka industrija”, 1971. – 112 str.

4. Nazarova M.V., Boyko S.Yu. Razvoj metode za dizajniranje tkanine za zaštitu ljudi od vanjskih utjecaja // International Journal of Experimental Education. – 2010. – br. 6. – str. 75-79.

5. Nazarova M.V., Boyko S.Yu., Zavyalov A.A. Razvoj optimalnih tehnoloških parametara za proizvodnju tkanina s visokim svojstvima čvrstoće // International Journal of Experimental Education. – 2013. – Broj 10 (2. dio). – str 385-390.

6. Nazarova M.V., Boyko S.Yu., Romanov V.Yu. Razvoj optimalnih tehnoloških parametara za proizvodnju tkanina sa toplinski zaštitnim svojstvima // International Journal of Experimental Education. – 2013. – Broj 10 (2. dio). – str. 391-396.

Projektiranje racionalne toplinske zaštitne odjeće za različite klimatske i uvjeti proizvodnje velik je i vrlo složen znanstveni problem, koji se može uspješno riješiti samo na temelju integriranog korištenja podataka iz fiziologije, higijene odijevanja, klimatologije, termofizike, znanosti o tekstilnim materijalima i dizajna odjeće.

Toplinska vodljivost tekstilnih tkanina povezana je s prijenosom energije toplinskog kretanja mikročestica s jače zagrijanih dijelova tijela na manje zagrijane, što dovodi do izjednačavanja temperature i ocjenjuje se koeficijentom toplinske vodljivosti; koeficijent prijenosa topline; toplinski otpor, specifični toplinski otpor.

Analiza radova na proučavanju termofizičkih svojstava materijala pokazala je da se pri procjeni toplinsko-zaštitnih svojstava materijala odjeće, jednostavnijom i intuitivnijom vrijednošću ne treba uzeti u obzir koeficijent toplinske vodljivosti, već njegova inverzna vrijednost, nazvana toplinska otpornost. . Čimbenici koji utječu na toplinsku otpornost materijala uključuju: volumetrijsku težinu, debljinu, vlažnost, vrstu vlaknasti materijal, prozračnost.

Stoga je svrha ovog rada procijeniti vrijednost termofizičkih svojstava tkanine s florom osnove namijenjene šivanju radne odjeće koja se koristi u ekstremnim klimatskim uvjetima.

U ovom radu, pri proučavanju termofizičkih svojstava tkanine od flora kontinuirane osnove, predlaže se korištenje principa toplinske dijagnostike, koji se sastoji od usporedbe referentnih i analiziranih temperaturnih polja u tkanini koja se proučava. Temperaturne anomalije služe kao pokazatelji defekata, a veličina temperaturnih signala i njihovo ponašanje tijekom vremena temelj su kvantitativnih procjena određenih parametara tkiva.

Pojam "termovizija" prvenstveno se odnosi na snimanje toplinsko zračenječvrstih tijela, koja se sastoji od vlastitog zračenja tijela, zbog njegove temperature, te odbijenog i propuštenog zračenja drugih tijela. Za optički neprozirne objekte termovizijski uređaji bilježe isključivo površinske učinke: površinsku temperaturu te veličinu koeficijenata emisivnosti (apsorpcije) i refleksije.

Pri proučavanju objekata pomoću termovizijskih kamera često se koriste dva najčešća raspona valnih duljina: 3-5,5 µm i 8-12 µm; a obično se označavaju kao kratkovalni i dugovalni pojasevi.

Opća shema za mjerenje toplinskog zračenja proizvoljnog čvrsta prikazano na sl. 1. Kontrolni objekt (1) okružen je okolinom (2) odnosno drugim objektima (3) s temperaturama Tav i Text. Za snimanje toplinskog zračenja koristi se termovizijska kamera (4). Ispitni objekt karakteriziraju sljedeći optički parametri: emisivnost ε; koeficijent apsorpcije α; koeficijent refleksije r; propusnost τ.

Riža. 1. Shematski dijagram mjerenja toplinskog zračenja proizvoljnog čvrstog tijela

Glavna prednost termalne slike u odnosu na druge uređaje pri proučavanju svojstava toplinske zaštite materijala je:

visoka toplinska osjetljivost;
točnije vrijednosti temperature;
velika brzina dobivanja eksperimentalnih rezultata i njihove obrade;
neograničen raspon temperature.

Pri određivanju termofizičkih karakteristika kontinuirane dvoslojne tkanine od osnove i flora, korištenjem sustava za termoviziju, korištena je tehnika razvijena na Zavodu za industrijsku termoenergetiku Moskovskog državnog tehničkog sveučilišta. A.N. Kosygina. Metoda za određivanje termofizičkih karakteristika temelji se na metodama nestacionarnog toplinskog režima za eksperimentalnu procjenu toplinsko-zaštitnih svojstava odjevnih materijala metodom regularnog toplinskog režima, koja se temelji na fenomenu slobodnog hlađenja zagrijanog uzorka u plinovitom mediju ( zrak).

U laboratoriju Zavoda za industrijsku toplinu i energetiku MSTU-a provedena su istraživanja termofizičkih karakteristika kontinuirane dvoslojne tkanine od osnove i flora korištenjem termovizijskog sustava. A.N. Kosygina.

Pri korištenju termovizijskog sustava postavljeni su sljedeći zadaci:

određivanje temperaturnih polja na površini uzoraka tkiva koji se proučavaju tijekom hlađenja;
određivanje toplinske vodljivosti neprekinute dvoslojne tkanine od flora osnove.

Laboratorijska postavka za eksperiment prikazana je na sl. 2.

Riža. 2. Termovizijski sustav za proučavanje toplinske vodljivosti tkanine od flora: 1 - termovizijska kamera termocamtmsc 3000; 2 - računalo za obradu podataka; 3 - toplinski izolirani ormar; 4 - zaštitni ekran; 5 - termometar, za kontrolu temperature unutar ormarića; 6 - uzorak tkanine

Kao što je poznato iz istraživanja A.P. Kolesnikov, sposobnost toplinske izolacije tkanine ovisi o njezinoj debljini. Debljina ima najveća vrijednost u svojstvima toplinske izolacije tkanine. Za provođenje pokusa korišteni su uzorci neobrezane osnove floraste tkanine s pamučnom pređom u osnovi i floraste osnove. Za potku je korištena pamučna pređa linearne gustoće 15,4 * 2 tex (I-opcija) i najlonska nit T = 15,6 tex (II-opcija). U svakoj od opcija mijenjala se debljina tkanine. Za izvođenje pokusa korišteni su uzorci tkanina različitih debljina: I - varijanta uzorka s pamučnom pređom u potki i II - varijanta uzorka s najlonskom niti u potki. Debljina uzoraka tkanine u obje inačice bila je b1=7,57 mm, b2=7,62 mm.

Algoritam za proučavanje svojstava toplinske zaštite neprekinute dvostruke tkanine od hrpaste osnove je sljedeći:

Zagrijavanje uzorka u toplinski izoliranom ormariću na fiksnu temperaturu t=100 °C (nižu od temperature deformacije vlakana);

Kontrola ravnomjernog zagrijavanja ispitnog uzorka pomoću infracrvene kamere ThermaCAM SC 3000;

Kada se postigne ravnomjerno temperaturno polje na površini uzorka, isključite električni grijač;

Korištenjem infracrvene kamere ThermaCAM SC 3000, snimanje hlađenja uzorka na početnu temperaturu sobna temperatura prema uvjetima , ;

Zamjena ispitnog uzorka (opcija 1) drugim uzorkom (opcija 2) i ponovno izvođenje cijelog niza mjerenja;

Nakon dobivanja termograma procesa hlađenja uzorka, eksperimentalni podaci se obrađuju pomoću računala;

Koristeći poznate formule, određujemo toplinsku vodljivost i toplinsku otpornost uzoraka neprekinute dvopločne tkanine od flora.

Uvjeti eksperimenta:

emisivnost objekta (stupanj emisivnosti) - 0,95;
temperatura okoline - 23 °C;
udaljenost između objekta i termovizije - 30 cm;
relativna vlažnost zrak - 55%.

Pomoću termovizijskog sustava snimaju se termogrami procesa hlađenja uzorka tkiva frekvencijom od 1 slike u sekundi.

Na temelju mjernih podataka konstruiran je polulogaritamski grafikon hlađenja, prikazan na slikama 3 i 4; ravni dio krivulje odgovara normalnom načinu rada. Jednadžba ovog pravca, prema osnovnom zakonu pravilnog načina (prve vrste), ima sljedeći oblik:

ln υ=-m·τ+g(x,z,z), (1)

Na pravoj liniji označeno je šest točaka s odgovarajućim koordinatama prema kojima se određuje brzina hlađenja.

Brzina hlađenja u svakom odjeljku određena je formulama (2), s -1:

gdje je υ 1 razlika između temperature u danoj točki i vanjskog okoliša u trenutku τ 1; υ 2 - razlika između temperature u određenoj točki i vanjske okoline u trenutku τ 2;

Prosječna brzina hlađenja određena je formulom3, s -1:

, (3)

Određujemo faktor oblika za uzorke tkanine pomoću formule (4):

Ako pretpostavimo da uzorak tkanine konvencionalno ima oblik paralelopipeda, tada za pravokutni paralelopiped s rubovima L 1, L 2, L 3, mm:

, (4)

gdje je L 1 širina uzorka, mm; L 2 - duljina uzorka, mm; L 3 - visina uzorka jednaka b 1, b 2, mm.

Koeficijent toplinske difuzije određen je formulom (5), m2/s:

Nasipna gustoća uzoraka određena je formulom (6), kg/m3:

gdje je M površinska gustoća uzorka, g/m2; b - debljina uzorka, mm.

Riža. 3. Eksperimentalna krivulja brzine hlađenja za uzorak tkanine od flora osnove s pamučnom pređom u potki (I-varijanta)

Riža. 4. Eksperimentalna krivulja brzine hlađenja tkanine s florom osnove s najlonskom niti u potki (II-varijanta)

Specifični toplinski kapacitet uzoraka uzet je iz eksperimentalnih podataka koje je odredio P.A Kolesnikov:

za opciju I (pamuk) c1=1,38 kJ/kg deg;
za opciju II (pamuk-najlon) s 2 = 1,66 kJ/kg deg;

Toplinska vodljivost materijala određena je formulom (7), W/m⋅deg:

Toplinska otpornost uzoraka tkanine određena je formulom (7), m2 deg/W:

gdje je δ debljina sloja, m; λ - koeficijent toplinske vodljivosti, W/m deg.

Izračun parametara toplinske otpornosti uzoraka kontinuirane dvopločne tkanine od dviju opcija proveden je na računalu i prikazan u tablici. 2.

tablica 2

Rezultati proračuna parametara toplinske otpornosti uzoraka neprekinute dvopločne tkanine od flora osnove

Uzorak br.	I - opcija	II - opcija
Uzorak br.			Toplinska otpornost, m2 deg/W

Kao rezultat analize podataka iz tablice proizlazi da toplinska otpornost uzoraka neprekinute dvopanelne tkanine od flora ovisi o njihovoj debljini. Povećanjem debljine pojedine tkanine raste i njezina toplinska otpornost, odnosno poboljšavaju se svojstva toplinske zaštite, neovisno o vlaknastom sastavu tkanine u potki.

Najbolja svojstva toplinske zaštite imaju: - uzorak tkanine koji sadrži pamučnu pređu u potki debljine bT=7,62 mm; uzorak tkanine koja sadrži najlonsku nit u potki i debljinu bT = 7,57.

Tablica 3

Termofizička svojstva uzoraka tkanina s florom

zaključke

Termovizijskom instalacijom temeljenom na infracrvenoj kameri TermaCamTM SC 3000 provedeno je istraživanje toplinsko-zaštitnih svojstava tkanine, utvrđene su njene glavne termofizičke karakteristike, dobiveni termogrami procesa hlađenja uzoraka tkanine i na temelju Rezultati mjerenja konstruirani su polulogaritamski grafikoni njihovog hlađenja.
Razvijen je algoritam za proračun svojstava toplinske zaštite neprekinute dvoslojne tkanine s florom na temelju kojeg se određuju glavne termofizičke karakteristike tkanine.

Bibliografska poveznica

temeljna istraživanja

Cilj

Svladavanje i učvršćivanje teorijskog gradiva u dijelu Prijenos topline Toplinska vodljivost, svladavanje metode eksperimentalnog određivanja koeficijenta toplinske vodljivosti; stjecanje vještina mjerenja, analiza dobivenih rezultata.

1. Eksperimentalno odrediti koeficijent toplinske vodljivosti izolacijskog materijala.

2. Zapišite tabličnu vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti materijala koji se proučava.

3. Izračunajte pogrešku vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti dobivene u pokusu u odnosu na tabelarnu.

4. Izvedite zaključak o djelu.

METODIČKE UPUTE

Prilikom izvođenja tehničkih proračuna potrebno je imati vrijednosti koeficijenata toplinske vodljivosti različitih materijala.

Koeficijent toplinske vodljivosti karakterizira sposobnost materijala da provodi toplinu. Brojčana vrijednost l čvrstih materijala, osobito toplinskih izolatora, obično se određuje eksperimentalno.

Fizikalno značenje koeficijenta toplinske vodljivosti određuje se iz Fourierove jednadžbe napisane za specifični toplinski tok

g = –l grad t . (1)

Postoji nekoliko metoda za eksperimentalno određivanje vrijednosti l, temeljenih na teoriji stacionarnih ili nestacionarnih toplinskih uvjeta.

Diferencijalna jednadžba toplinskog toka Q, W, sa stacionarnom toplinskom vodljivošću može se napisati u obliku

Q = – lF grad t . (2)

Ako uzmemo u obzir cilindar tankih stijenki, kada je l/d > 8, temperaturni gradijent temperaturnog polja u cilindričnom koordinatnom sustavu bit će zapisan kao

grad t = dt/dr,

i jednadžba (2) ovog slučaja

gdje su d 1, d 2 unutarnji i donji promjer cilindra, redom, m;

l je duljina cilindra, m;

(t 2 - t 1) = Dt - temperaturna razlika između temperatura na unutarnjoj i vanjskoj površini cilindra, 0 C;

l je koeficijent toplinske vodljivosti materijala od kojeg je izrađen cilindar, W/(m×0 C);

grad t - temperaturni gradijent normalno na površinu izmjene topline, 0 C/m.

Ako se jednadžba (3) riješi s obzirom na koeficijent toplinske vodljivosti l, W/(m× 0 C), tada ćemo imati

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

Jednadžba (4) može poslužiti za eksperimentalno određivanje vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti materijala od kojeg je izrađen cilindar.

Prilikom provođenja eksperimenta potrebno je odrediti veličinu protoka topline Q, W i vrijednosti (t 2 - t 1) = Dt 0 C, nakon početka stacionarnog toplinskog režima.

EKSPERIMENTALNA POSTAVKA

Eksperimentalna postavka (slika) sastoji se od cilindra 1, u čijoj se unutarnjoj šupljini nalazi električni grijač 2, čija se snaga regulira autotransformatorom (prekidačem) 3 i određuje se očitanjima ampermetra 4 i voltmetra. 5. Temperatura unutarnje i vanjske površine cilindra mjeri se pomoću Chromel-Copel termoparova 7, spojenih na mikroprocesorski mjerač temperature 6. Na temelju razlike između ovih temperatura u stacionarnom toplinski način rada Određuje se koeficijent toplinske vodljivosti materijala koji se proučava iz kojeg je izrađen cilindar.

Crtanje . Shema eksperimentalnog uređaja za određivanje koeficijenta toplinske vodljivosti materijala cilindra.

EKSPERIMENTALNA PROCEDURA

1. Uključite opremu okretanjem gumba na centrali u položaj 1.

2. Okrenite gumb autotransformatora (prekidač) kako biste postavili snagu grijača koju je odredio učitelj.

3. Promatrajući očitanja mjerača temperature, pričekajte dok se ne uspostavi stacionarni toplinski režim.

4. Rezultate mjerenja prikazati u tablici:

Stol

Broj iskustva	U, V	ja, A	t 1,0 C	t 2,0 C

gdje U, I - napon i struja u grijaču;

t 2, t 1 - temperatura unutarnje i vanjske površine cilindra.

OBRADA EKSPERIMENTALNIH PODATAKA

1. Izračunajte koeficijent toplinske vodljivosti materijala koji se proučava, l, W/(m× 0 C)

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

gdje je Q = U×I – snaga grijača, W;

d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m – unutarnji i vanjski promjer cilindra;

l = 0,55 m – duljina cilindra.

2. Zapišite tabličnu vrijednost l, W/(m× 0 C).

3. Odredite pogrešku l eq u odnosu na referentnu vrijednost l, %.

D = (l eq – l)100/l.

PITANJA ZA SAMOSTALNU PRIPREMU

1. Stacionarni i nestacionarni toplinski režimi.

2. Temperaturno polje, stacionarno i nestacionarno, stacionarno polje trodimenzionalno, dvodimenzionalno i jednodimenzionalno.

3. Gradijent temperature.

4. Fizička bit procesa provođenja topline.

5. Fourierova jednadžba, njena analiza.

6. Koeficijent toplinske vodljivosti, faktori koji utječu na vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti.

7. Navedite brojčane vrijednosti koeficijenta toplinske vodljivosti za neke materijale.

8. Koji se materijali svrstavaju u toplinsko izolacijske?

9. Zapišite vrijednost temperaturnog gradijenta za jednodimenzionalno temperaturno polje u kartezijskom i cilindričnom koordinatnom sustavu.

10. Napišite formule za određivanje toplinskog toka Q, W ravnih i cilindričnih jednoslojnih i višeslojnih stijenki.

11.Napišite formule za određivanje specifičnih toplinskih tokova g 1, W/m 2, g 2, W/m za ravne i cilindrične jednoslojne i višeslojne stijenke.

BIBLIOGRAFSKI POPIS

1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Osnove prijenosa topline, M.: Energija, 1977.

2. Baskakov A.P. i dr. - M.: Energoizdat, 1991.

3. Nashchokin V.B. Tehnička termodinamika i prijenos topline, M.: Viša škola, 1980.

4. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Prijenos topline - M.: Energija, 1981.

Ministarstvo obrazovanja Republike Mordovije

Odjel za obrazovanje uprave gradskog okruga Saransk

Općinska obrazovna ustanova

"Srednja škola br. 13"

Istraživački rad

sekcija za fiziku

“Proučavanje toplinske vodljivosti raznih vrsta tekstilnih materijala”

Lipasov Mihail Pavlovič

Znanstveni savjetnik: Učiteljica fizike

Palaeva Nina Pavlovna

Saransk 2015

Sadržaj

Uvod.

Klima Mordovije je umjereno kontinentalna, koju karakterizira hladnoća mrazna zima i umjereno vruća ljeta.

U osnovi, područje republike je pod utjecajem zračnih masa umjerenih širina, nošenih prevladavajućim zapadnim zračnim strujama. Vrijeme često određuju tople zračne mase koje dolaze s južnim ciklonama s Crnog, Sredozemnog i Kaspijskog mora. Relativno često, Republika je pod utjecajem suhih kontinentalnih zračnih masa koje donose s jugoistoka. Hladne zračne mase nadiru iz Skandinavije i Barentsovog mora.

Prosječna godišnja temperatura zraka je +4,1…+4,4 °C. Najhladniji mjesec je siječanj: srednja mjesečna temperatura zraka kreće se od –11,1 do –11,6 °C. Apsolutni minimum bio je –42…–47 °C. Najtopliji mjesec je srpanj. Njegova prosječna temperatura je +18,7…+19,1 °C. Apsolutni maksimum dosegao je +37…+39 °S, 2010. godine – +39…+41 °S, na MP MSU – +42 °S.

Početak, kraj i trajanje godišnjih doba su uvjetni. Određeni su na temelju datuma stabilnog prijelaza srednje dnevne temperature kroz 0 i +15 °C.

Godina se dijeli na dva razdoblja: toplo i hladno. Toplo razdoblje u godini uspostavlja se od trenutka kada prosječna dnevna temperatura prijeđe 0 °C do pozitivne vrijednosti. Počinje 31. ožujka - 2. travnja, završava 4. - 6. studenog, trajanje je 217-221 dan. Hladno razdoblje u godini počinje od trenutka stabilnog prijelaza srednje dnevne temperature zraka preko 0 °C na negativne vrijednosti. Traje oko 5 mjeseci (144–148 dana).

Zimi prevladava oblačno vrijeme s blagim mrazom (–10…–15 °C), ali u vrlo hladnim zimama postoje razdoblja s jakim mrazom. U nekim godinama, s toplim i nestabilnim zimama, opažaju se odmrzavanja s intenzitetom do +4...+7 °C. Broj dana odmrzavanja u mjesecu kreće se od 3-4 do 7-8. Na neželjene događaje zimsko razdoblje uključuju jake vjetrove i snježne oluje, stvaranje leda i inja, magle. Prosječan broj dana s maglom hladno razdoblje godine kreće se od 15 do 25, prosječno im je trajanje 72–118 sati.

Proljeće počinje krajem ožujka - početkom travnja. Njegov vjesnik je dolazak čvoraka i ševa početkom travnja. Trešnja cvjeta sredinom svibnja, a jorgovan krajem mjeseca. Proljeće završava prijelazom prosječne dnevne temperature zraka preko +15 °C (27.-29. svibnja), trajanje proljeća je 57-58 dana. Neželjeni događaji u proljetno razdoblje su povratci hladnog vremena i mrazeva, suše i vrućih vjetrova. Potonji se slave svake godine. Znakovi suhog vjetra su relativna vlažnost zraka manja od 30% pri temperaturi zraka iznad +25 °C i vjetar od najmanje 5 m/s.

Razdoblje s prosječnom dnevnom temperaturom zraka od +15 °C i više smatra se ljetom, njegovo trajanje je 91–96 dana, a završava 28.–31. Nepovoljni događaji ljeti su jaki pljuskovi, tuča, grmljavinska nevremena, nevremena, suša i vrući vjetrovi. Obilne kiše nagrizaju gornji plodni sloj tla, odnose vrijedan zemljišni materijal u gudure i rijeke te uzrokuju polijeganje vegetacije. Svaki mjesec prosječni broj dana s obilnom kišom (više od 10 mm) je 1-2, sa suhim vjetrovima umjerenog intenziteta - 3-8.

Jesen počinje 29. kolovoza – 1. rujna i završava u prvih deset dana studenog. Njegovo trajanje je 65-69 dana. Početkom rujna počinje opadanje lišća za topolu, a do sredine rujna za brezu i javor. Vremenski režim u jesen je nestabilan, oborine su često mješovite. Nepovoljne jesenske pojave: rani mraz na površini tla iu zraku, magla, poledica.

Poglavlje ja .Pregled rada

1. Obrazloženje raditi :

U kolegiju fizike 8. razreda posebno me zainteresirao dio “Toplinske pojave”. Kao rezultat ovog rada, želio sam produbiti i učvrstiti svoje postojeće znanje u ovom dijelu fizike.

Odabrao sam ovu temu jer sam želio detaljnije razumjeti ovaj fizički proces.

2. Relevantnost raditi :

3. Svrha ovog rada: V

Ciljevi posla:

4. Metode istraživanja: proučavanje literature na temu “Toplinska vodljivost”, izbor tkanina za istraživanje, sustav pokusa, usporedba vrijednosti, izrada tablica i grafikona.

5. Oprema:

Mjerni cilindri (menzure) 3 kom;

Eksperimentalni materijal (uzorci tkiva);

Termometri 3 kom;

Gledati;

Metar.

6.Teorijska obrazloženja.

Toplinska vodljivost je prijenos topline strukturnim česticama tvari (molekulama, atomima, elektronima) tijekom njihova toplinskog gibanja.Toplinska vodljivost -jedna od vrsta prijenosa topline s jače zagrijanih dijelova tijela na manje zagrijane, što dovodi do izjednačavanja temperature. Kod toplinske vodljivosti prijenos energije u tijelu nastaje kao rezultat izravnog prijenosa energije od čestica (molekula, atoma, elektrona) s većom energijom na čestice s manjom energijom.Takva izmjena topline može se dogoditi u bilo kojem tijelu s nejednolikom raspodjelom temperature, ali će mehanizam prijenosa topline ovisiti o agregatnom stanju tvari. Fenomen toplinske vodljivosti sastoji se u tome što se kinetička energija atoma i molekula, koja određuje temperaturu tijela, prenosi na drugo tijelo kada međusobno djeluju ili se prenosi s jače zagrijanih područja tijela na manje zagrijana područja.

Ponekad se toplinska vodljivost naziva i kvantitativna procjena sposobnosti određene tvari da provodi toplinu.

Povijesno se smatralo da prijenos uključuje protok kalorija iz jednog tijela u drugo. Međutim, kasniji pokusi, posebno zagrijavanje puščanih cijevi tijekom bušenja, opovrgnuli su stvarnost postojanja kaloričnih kao neovisni tip materija. Sukladno tome, trenutno se vjeruje da je fenomen toplinske vodljivosti posljedica želje da se zauzme stanje bliže termodinamičkoj ravnoteži, što se izražava u izjednačavanju temperature.

Koeficijent toplinske vodljivosti je količina topline koja u jedinici vremena prolazi kroz 1 m3 materijala kada je temperaturna razlika na njegovim suprotnim površinama jednaka 1 stupnju.

Što je niži koeficijent toplinske vodljivosti, to su toplinska izolacijska svojstva materijala bolja.

Postoje toplinski izolacijski i toplinski vodljivi materijali.

7. Karakteristike proučavanih vrsta tkanina.

Tkanine s različitim namjenama imaju različite fizička svojstva i karakteristike: čvrstoća, otpornost na gnječenje, otpornost na habanje (na razne predmete, na ljudsko tijelo), skupljanje, žilavost, prozračnost, paropropusnost, vodootpornost, otpornost na toplinu. Vrlo važna svojstva tkanine za kućanstvo imaju toplinsku vodljivost, tj. sposobnost tkanine da prenosi toplinu. Tkanine namijenjene zaštiti od hladnoće moraju imati minimalnu toplinsku vodljivost. Na primjer, visoka otpornost na toplinu i vodu važna je za tehničke tkanine koje se koriste za izradu vatrogasne odjeće.

Osnova svih materijala i tkanina su vlakna. Vlakna se međusobno razlikuju po kemijskom sastavu, strukturi i svojstvima. Postojeća klasifikacija tekstilnih vlakana temelji se na dvije glavne karakteristike - načinu njihove proizvodnje (podrijetlu) i kemijski sastav, budući da određuju osnovne fizičke, mehaničke i Kemijska svojstva ne samo sama vlakna, već i proizvodi od njih.

Toplinska svojstvanajvažnija su higijenska svojstva proizvoda za zimsko razdoblje. Ova svojstva ovise o toplinskoj vodljivosti vlakana koja tvore tkaninu, o gustoći, debljini i vrsti završne obrade tkanine. Lan se smatra "najhladnijim" vlaknom jer ima visoku toplinsku vodljivost, dok je "najtoplija" vuna. Debele, guste tkanine od brušene vune imaju najveća svojstva zaštite od topline. Na svojstva toplinske zaštite odjeće značajno utječe broj slojeva materijala u odjeći. Kako se broj slojeva materijala povećava, ukupni toplinski otpor raste. Koriste se razne vrste izolacije: prirodne isintetički.

Razmotrimo četiri vrste tkanina, čije ćemo uzorke proučavati.

Tkanine za odijela - od prirodna vlakna- vuna.

Vuna je dlaka ovaca, koza, deva i drugih životinja. Većina vune (94-96%) za poduzeća tekstilne industrije dobiva se iz uzgoja ovaca.

Posebna značajka vune je njezina sposobnost filcanja, što se objašnjava prisutnošću ljuskastog sloja na površini, značajnom naboranošću i mekoćom vlakana. Zahvaljujući ovom svojstvu, od vune se proizvode prilično guste tkanine, tkanine, draperije, filc, kao i proizvodi od filca i filca. Vuna ima nisku toplinsku vodljivost, što je čini nezamjenjivom za izradu tkanina za kapute, odijela i haljine te zimskog pletiva.

Prirodni izolacijski materijali

Wat I n - poluvunena izolacija,pletena tkanina s jednostranim ili dvostranim flisom. Vata je dostupna u pamučnoj, vunenoj i poluvunenoj izvedbi i zamjenjuje vatu pri šivanju tople odjeće.

Sredinom i krajem prošlog stoljeća korišten je u sovjetskoj odjevnoj industriji za šivanje radne odjeće, ali i kao izolacija za zimske kapute.

Vatelin se razlikuje po sastavu (pamuk, vuna), debljini tkanine i načinu pričvršćivanja matrica.

Udarci su ovih dana sve manje popularni.

Nedostaci: velika težina i relativno visoka svojstva zadržavanja vlage.

Sintetička izolacija

Sintepon - jedan je od najčešćih sintetičkih izolacijskih materijala. Lagan, voluminozan, elastičan, u kojem se smjesa (uključujući sekundarni umjetni i prirodni tekstilni otpad) drži na okupu iglom, ljepilom (emulzija) ili toplinskom metodom.

Umjetna zimnica se u posljednje vrijeme najčešće izrađuje od recikliranih poliesterskih sirovina (reciklirani PET), otopljenog plastičnog otpada (PET boce, vrećice, jednokratno posuđe i sl.). To značajno smanjuje trošak proizvoda, ali kritično smanjuje kvalitetu i performanse.

Sintepon- netkani materijal dobiven od sintetičkih vlakana. Mnogo je lakši od vune, elastičan, ne gubi oblik i ne pada. Sintepon nije higroskopan, pa se ne mokri i lako se suši. Osim toga, oslobađa se bijela a kod pranja izoliranih predmeta ne blijedi i ne ostavlja mrlje na vanjskoj tkanini. Nakon pranja proizvod zadržava svoj oblik i ne gubi volumen.

Prednosti sintetičke zimnice su lakoća, dobra svojstva zaštite od topline i mala težina, kao i relativna bezopasnost za ljude. Sintetička zimnica koristi se za sve vrste izolirane odjeće, uključujući dječju, kao i za proizvodnju , prekrivači, te torbe i ostali proizvodi.Lagana, topla, voluminozna, jeftina - u jednom je trenutku takva izolacija bila na vrhuncu popularnosti.

Međutim, kako je vrijeme pokazalo, sintetička zimnica ima niz nedostataka: povećana propusnost vlage, nepropusnost zraka, brza deformacija i krhkost materijala - sve je to dovelo do činjenice da se sintetička zimnica koristi kao izolacija za proizvodnju jeftinijih demi -sezonska i zimska odjeća.

Hollowfiber (šuplja vlakna) - netkani materijal punjen sintetičkim vlaknima u obliku spirala, kuglica, opruga i sl. Upravo ta struktura čini predmet toplim jer se između vlakana zadržava dosta zraka.

S pravom se smatra izolacijom 21. stoljeća. Lagan, topao, otporan na vlagu i oblik, hipoalergen - izvrstan je materijal za proizvodnju izvrsne izolacije za zimsku odjeću.

Sorte - polifiber, termofiber, fiberskin, fibertek itd.

Poglavlje II . Eksperimentalni istraživački rad

Napredak rada:

Tijekom provedbe ovog istraživački rad provedeno je šest eksperimenata različite vrste tkanine. Svi uzorci imaju iste dimenzije: duljinu, širinu i površinu (slika 1). Područje uzoraka podudara se s površinom mjernog cilindra (tablica br. 1)

fotografija 1

Tablica br. 1

Ogrnuti

Vunena tkanina za odijelo 1

Vunena tkanina za odijelo 2

Holofiber

Sintepon (tanak)

Sintepon (debeo)

Udaranje

Debljina

0,4 cm

0,1 cm

2 cm

1 cm

2 cm

0,5 cm

Širina

12 cm

Duljina

13 cm

Kvadrat

156 cm 2

2.1 Usporedba toplinske vodljivosti raznih tekstilnih materijala.

Oprema: Graduirani cilindri s Topla voda, eksperimentalni materijali, živini toplomjeri - 3 komada, elektronski termometar, kalibar.

Za izvođenje eksperimenta omotali smo mjerne cilindre s uzorcima tkiva i pričvrstili ih iglama.

Par zamotanih cilindara i jedan neomotani odabrani za pokus napunjeni su toplom vodom iste temperature. U pravilnim intervalima (5 minuta) mjerena je temperatura vode u svakoj posudi (slika 2), očitanja su bilježena u tablicu i crtani su grafikoni za usporedbu.

fotografija 2

2.1.1. Eksperiment br. 1.

Za prvi pokus odabrali smo dvije vrste vunene tkanine.

Vrste proučavanih tkanina:

Prvi uzorak je tanka kostimska tkanina koja se koristi za šivanje sakoa, hlača i suknji.

Drugi uzorak je deblja vunena tkanina (drape) koja se koristi za šivanje kaputa i jakni.

Tkanine imaju različite debljine.

Sobna temperatura (soba fizike 20ºS)

Rezultati istraživanja bit će uneseni u tablicu

9:35

9:40

9:45

9:50

Za usporedbu, napravimo grafikone

Usporedbom temperature vode u tri čaše i iscrtavanjem grafikona, vidjeli smo da prvi uzorak ne zadržava dobro toplinu, stoga ima dobru toplinsku vodljivost. Toplinska vodljivost drugog uzorka (gusta vunena tkanina) je lošija, jer bolje zadržava toplinu.

2.1.2. Eksperiment br. 2

U drugom eksperimentu ispitivali smo izolacijske materijale. Sintetička zimnica sada se često koristi kao izolacija odjeće. Gusta sintetička zimnica dobro zadržava toplinu.

Duljina-13 cm

Širina-12cm

Debljina-2cm

Površina: 156 cm

10:05

10:10

10:15

10:20

Izgradimo grafikon

2.1.3. Pokus br. 3

Drugi uzorak je crna vatena - prirodni pamučni materijal, pletena tkanina s jednostranim četkanjem.

Rezultate ćemo staviti u tablicu

11:05

11:10

11:15

11:20

Izgradimo grafikon

Kao rezultat eksperimenta, pokazalo se da je toplinska vodljivost poliestera za podstavu lošija od one od vate.

2.1.4. Pokus br. 4

Za proučavanje toplinske vodljivosti izolacije odabrali smo prvi uzorak -siva vata (pamuk). Drugi uzorak je crna vuna (vuna).

Parametri objekata koji se proučavaju

Siva vata

Udarajući crno

Debljina

0,6 cm

0,5 cm

Širina

12 cm

Duljina

13 cm

Kvadrat

156 cm 2

13:50

39,5

38,5

13:55

14:00

36,5

14:05

35,3

34,5

14:10

33,1

Izgradimo grafikon

Toplinska vodljivost vatelina je gotovo ista, ali moramo uzeti u obzir da je siva vučnica deblja.

2.1.5. Pokus br. 5

Proučavali smo toplinsku vodljivost poliestera podstava različitih debljina.

Parametri objekata koji se proučavaju

Tanka podstava od poliestera

Debela podstava od poliestera

Debljina

1 cm

2 cm

Širina

12 cm

Duljina

13 cm

Kvadrat

156 cm 2

14:31

31,9

31,7

14:36

30,5

14:41

29,7

29,3

14:46

29,5

28,7

Izgradimo grafikon

Grafikon pokazuje da je toplinska vodljivost debelog podstavljenog poliestera mnogo manja od one tankog podstavljenog poliestera..

2.1.6. Pokus br. 6

Za istraživanje smo odabrali prvi uzorak - debeli podstavljeni poliester (sintetički materijal, lagan, voluminozan, elastičan, netkani materijal)

Drugi uzorak- Xolofiber(netkani materijal punjen sintetičkim vlaknima u obliku spirala, kuglica, opruga).

Rezultate ćemo staviti u tablicu

15:05

15:10

15:15

15:20

Izgradimo grafikon

Kao rezultat eksperimenta, pokazalo se da je toplinska vodljivost holofibera gora od toplinske vodljivosti poliestera.

Tako smo se uvjerili da je u uvjetima školskog laboratorija za fiziku moguće proizvoditi komparativna analiza tekstilne tkanine.

2.2 Izračun koeficijenta toplinske izolacije vate, podstavljenog poliestera i hollafibera.

Prema formuli: izračunava se koeficijent toplinske vodljivosti, gdje

P- puna moć gubici topline, S je površina poprečnog presjeka paralelepipeda, ΔT je temperaturna razlika između lica, h je duljina paralelopipeda, odnosno udaljenost između lica.

Koeficijent toplinske vodljivosti mjeri se u W/(m K).

Po analogiji s koeficijentom toplinske vodljivosti izračunali smokoeficijent toplinske izolacije. U našem eksperimentu

P=Q1 – Q2/t, snaga koju materijal zadržava. Gdje je: Q1 količina topline koju daje voda u graduiranom cilindru bez "odjeće" tijekom vremena t;

Q2 je količina topline koju daje voda u graduiranom cilindru s "odjećom" tijekom vremena t;

S je površina uzorka tkiva;

h - udaljenost između lica.

2.2.1. Proračun koeficijenta toplinske izolacije crne vate.

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

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. Proračun koeficijenta toplinske izolacije svjetlosne vate.

S=88 cm2; h=0,6 cm;ΔT=24,3°S-22,5°S=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)

Zaključak:koeficijent toplinske izolacije crne vate 0,48 (W/m*K)

0,32 (W/m*K)

2.2.3. Proračun koeficijenta toplinske izolacije tankog poliestera.

S=156 cm2; h=0,4 cm; ΔT=23,8°S-22,5°S=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. Proračun koeficijenta toplinske izolacije debelog poliestera.

S=156 cm2; h=1,3 cm; ΔT=23,2°S-22°S=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)

koeficijent toplinske izolacije od tankog poliestera 0,077 (W/m*K)

koeficijent toplinske izolacije svjetlosne vate 0,54 (W/m*K)

2.2.5. Izračun koeficijenta toplinske izolacije hollafibera.

S=156 cm2; h=2 cm; ΔT=23,8°S-22,5°S=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)

Dakle, u uvjetima školski laboratorij moguće je provesti usporednu analizu toplinske vodljivosti različitih tekstilnih materijala i eksperimentalno odrediti koeficijent toplinske izolacije.

Moderna tekstilna industrija sve više koristi sintetička vlakna. U tu svrhu, kao iu mnoge grane moderne proizvodnje, nanotehnologije dolaze iu tekstilnu industriju.

Nanomaterijali mogu sadržavati nanočestice, nanovlakna i druge dodatke. Primjerice, tvrtka Nano-Tex uspješno proizvodi tkanine obogaćene nanotehnologijom. Jedna od ovih tkanina daje apsolutvodootporan: zbog promjene molekularne strukture vlakana, kapljice vode potpuno se otkotrljaju s tkanine, koja ujedno "diše". U ožujku 2004. AspenAerogels je započeo proizvodnju izoliranih uložaka za cipele od novog nanomaterijala. Novi izolator bolje zadržava toplinu od svih postojećih moderni materijali. U usporedbi s njima, njegova toplinska svojstva pri istoj debljini uzorka poboljšana su od 3 do 20 puta. Nije iznenađujuće da s takvim pokazateljima proizvodi izrađeni od novog toplinskog izolatora imaju minimalnu potrošnju materijala.

Nanopremazi dopuštajuintegracija mikro i nanoelektronike u tekstil, kao i MEMS, značajno proširuje mogućnosti svakodnevne odjeće koja se može koristiti kao sredstvo komunikacije, pa čak i osobno računalo. A proizvodnja tekstila s ugrađenim senzorima omogućit će praćenje stanja ljudskog tijela. To će svakako otvoriti nove mogućnosti u medicinskoj praksi, sportu i održavanju života u ekstremnim uvjetima.

Za zaštitu ljudi od hipotermije, trenutno razvijentermo donje rublje. Termo rublje je specijalno donje rublje, čvrsto prianja uz tijelo posebnog kroja. Jedna od glavnih prednosti je što se praktički ne rasteže. Nema bočnih šavova ili samo nekoliko ravnih šavova eliminira opasnost od habanja.Termo rublje koje štedi toplinu. Drugim riječima, grijaće termo rublje namijenjeno je niskim i srednjim razinama tjelesna aktivnost na hladnim, hladnim ili vrlo niskim temperaturama vanjsko okruženje. Preporuča se za korištenje u svim vremenskim uvjetima, ako je potrebno zadržati toplinu, tj. kada se trebate zagrijati, ovisno o individualnoj toleranciji ljudskog tijela.

Termo rublje koje upija vlagu (funkcionalno).. Ovo termo rublje ima mogućnost skidanja višak vlage(znoj) s površine kože. U pravilu je ova vrsta termo donjeg rublja izrađena od 100% sintetike. Korištenje posebnih vrsta sintetike poboljšava svojstva uklanjanja vlage termo donjeg rublja. Nema smisla navoditi sve vrste sintetike koje imaju takva svojstva. Navedimo samo najpoznatije od njih: Coolmax, QuickDry, ThermoliteBase, Polypropylene, Viloft i mnogi, mnogi drugi.

Termo donje rublje koje štedi toplinu + upija vlagu (hibrid).Termo donje rublje koje kombinira dva gore navedena svojstva, tj. i zagrijavanje i odvođenje vlage.

Funkcionalno termo donje rublje koje upija vlagu

Termo rublje koje štedi toplinu

Hibridno termo donje rublje

Termalno donje rublje nosi se s mnogim vrstama funkcija- zagrijte, uklonite vlagu ili oboje odjednom. Termo donje rublje omogućuje vam bavljenje omiljenim aktivnim sportovima u različitim klimatskim uvjetima bez stvaranja osjećaja nelagode, a također štedi vašu toplinsku energiju.

Toplinska vodljivost tekstilnih materijala igra važnu ulogu važna uloga u odjeći čovjeka, a pogotovo u našem podneblju. Stoga želimo dati neke preporuke za odabir odjeće:

1) uvijek se odijevajte prikladno vremenu.

2) koristite princip slojevitosti: “tri tanke majice su bolje od jedne debele.”

3) davanje prednosti odjeći od prirodnih vlakana, zapamtite da znanost ne stoji mirno i umjetna vlakna nisu inferiorna, a ponekad i nadmašuju prirodna vlakna u svojim kvalitetama toplinske vodljivosti.

Poglavlje III Zaključak i zaključci

Ispitali smo samo nekoliko vrsta tkanina, prirodnih i sintetičkih. Moderna industrija sve češće koristi tkanine od sintetičkih vlakana. Ove tkanine imaju i prednosti i nedostatke. Prednost takvih tkanina je njihova slaba toplinska vodljivost, stoga dobro zadržavaju našu toplinu.Sintetička zimnica ima prosječna svojstva toplinske izolacije. Gornja odjeća s podstavljenim poliesterom prikladna je samo za vrlo blage zime. Za oštru klimu, sintetička zimnica je neprihvatljiva. Ali holofiber ima izvrsnu toplinsku izolaciju (blizu prirodnog paperja) i dobro je prilagođen za hladno vrijeme. Pouzdano zadržavajući toplinu, omogućuje koži da diše. Sintepon je manje prozračan.

Zaključak:

holofiber,holofiber,

Praktični značaj

Popis književnost

Galakhova E. N.Klima Mordovijei pridružena područja necrnozemske regije u vremenu (na temelju materijala istraživanja u Mordovijskoj Autonomnoj Sovjetskoj Socijalističkoj Republici): autorov sažetak. dis. ...kandidat.../

Velik Sovjetska enciklopedija, svezak 43. strana 473 .-M.: TSB. 1954. godine

Smorodinski A.Ya. Temperatura. Biblioteka "Quantum". Izdanje 12-M.: “Znanost”, glavna redakcija fizičke i matematičke literature, 1981. - 159 str.

Enciklopedija za djecu "AVANTA". Fizika.t.16.ch.2.-M.: “Avanta + “, 2002. - 432 str.

Sažeci

Proučavanje toplinske vodljivosti raznih vrsta tekstilnih materijala"

Općinska obrazovna ustanova "Srednja škola br. 13", Saransk

Sekcija: fizika

Voditeljica: N.P.Palaeva, učiteljica fizike.

Živimo u umjereno kontinentalnoj klimi koju karakteriziraju hladne mrazne zime i umjereno topla ljeta.

Krajem 2009. rasplamsala se rasprava o Zemlji. Bilo je mnogo znanstvenih činjenica s obzirom na to da je klima na Zemlji sve toplija, a za to je kriva naša civilizacija. Bilo je i mišljenja da je teorija o “globalnom zatopljenju” pogrešna. I priroda je odlučila reći svoje u zimskim mrazevima. Puno evropske zemlje bile su prekrivene snijegom, a stanovnici tih zemalja hitno su napunili svoje ormare toplom odjećom.

U uvjetima gdje vladaju različite temperature javlja se problem odgovarajuće odjeće koja, ako ne grije, onda dobro zadržava toplinu. Odjeća bi trebala imati nisku toplinsku vodljivost. I tako smo odlučili proučiti toplinsku vodljivost nekih vrsta tkanina.

Svrha ovog rada : istraživati toplinsku vodljivost tekstilnih materijalaVu školskoj učionici fizike.

Ciljevi posla: studija teorijska osnova pojam toplinske vodljivosti; eksperimentalno proučavati toplinsku vodljivost tekstilnih materijala; eksperimentalno odrediti koeficijent toplinske izolacije tekstilnih materijala,usporediti eksperimentalne i tablične vrijednosti toplinske vodljivosti materijala, donijeti zaključak.

Glavni pokazatelj svojstava toplinske izolacije materijala je koeficijent toplinske vodljivosti.

Relevantnost rada:

Mogućnost dobivanja novih termoizolacijskih materijala boljih svojstava.

Toplinska izolacija ima jednu od najvažnijih uloga u rješavanju zdravstvenih problema.

U umjerenim klimatskim uvjetima javlja se problem odgovarajuće odjeće, koja mora dobro zadržavati toplinu; za to mora imati nisku toplinsku vodljivost.

Korištenje raznih vrsta izolacije pri šivanju odjeće može smanjiti rast bolesti u slučaju termoregulacije tijela.

Takvo istraživanje omogućuje nam da radikalno produbimo naše razumijevanje toplinske vodljivosti tekstilnih materijala i saznamo koji je materijal najučinkovitiji.

Predmet proučavanja: Tijekom ovog istraživanja provedeni su eksperimenti s različitim vrstama tkanina i izolacijskih materijala.Na temelju rezultata rada, glzaključke . Proučavajući literaturu o temi istraživanja i uspoređujući eksperimentalno dobivene rezultate s tabličnim vrijednostima, omogućuje nam prosudbu male pogreške mjerenja.Tako smo se uvjerili da je u uvjetima školske učionice fizike moguće provesti usporednu analizu toplinske vodljivosti tkanina koje se koriste za izradu naše odjeće.U procesu izvođenja eksperimenata proučavao sam toplinsku vodljivost dvije vrste tkanina za odijela (fine i drape) i izolacijuholofiber,podstava od poliestera i vatelin. Kao rezultat pokusa, bio sam uvjeren da ima najnižu toplinsku vodljivostholofiber,Najveću toplinsku vodljivost ima padding polyester, zatim vatelin, drape i tanka konfetna vunena tkanina. Odnosno, vanjska odjeća izrađena od drapa i izolirana hollafiberom i poliesterom za podstavu dobro će zadržati našu toplinu i stoga nas zaštititi od zimske hladnoće.

Rezultati dobiveni tijekom istraživanja pokazuju koje su jedinstvene mogućnosti toplinske izolacije moderne tekstilni materijali te navode na zaključak o potrebi informiranja, pa i promicanja novih tekstilnih materijala među stanovništvom. Moderna tekstilna industrija sve više koristi sintetička vlakna. U tu svrhu, kao iu mnoge grane moderne proizvodnje, nanotehnologije dolaze iu tekstilnu industriju.

Tekstil na bazi nanomaterijala stječe jedinstvenu vodootpornost, otpornost na prljavštinu, toplinsku vodljivost, sposobnost provođenja struje i druga svojstva.

Praktični značaj

Toplinska vodljivost tkanina igra važnu ulogu u ljudskoj odjeći, a time iu njegovom životu. Osoba se uvijek treba odijevati prikladno vremenu kako bi održala svoje fizičko zdravlje.

Toplinska vodljivost -- karakteristike toplinske izolacije. Uz uštedu osnovnog metala, ovi premazi omogućuju smanjenje gubitka topline i zaštitu osnovnog metala od utjecaja protoka topline.

Stacionarne metode za određivanje toplinske vodljivosti postale su široko rasprostranjene, u kojima se temperature na određenim točkama premaza, iako različite, ali nepromijenjene u procesu istraživanja, održavaju kada je njegovo slojevanje usmjereno okomito na prolazni tok topline.

Ove metode se dijele na apsolutne i relativne. U metodama prve skupine temperatura bilo koje točke na prevlaci ovisi samo o njezinom položaju, ali ne i o vremenu. Poznavajući raspodjelu temperature u prevlaci i količinu prenesene topline, može se izračunati toplinska vodljivost.

Relativne metode uspoređuju temperaturna polja u premazu koji se proučava i referentni prethodno proučavani materijal, na primjer, kvarcno staklo marke KV.

Toplinska vodljivost se ne procjenjuje izravno, već se utvrđuje ponovnim izračunom, uspoređujući je sa standardom.

Riža. 2.6.1. Postrojenje za određivanje toplinske vodljivosti premaza apsolutnom metodom:

1 - grijalice; 2 - uzorak; 3 - električna pećnica; 4 - potenciometar KSP4; 5 - relejna jedinica BR101; 6 - blok zadataka BZ-02; 7 - protuuzorak; 8 - termos; 9 - unutarnje staklo termosice

Postavka za procjenu toplinske vodljivosti stacionarnom apsolutnom metodom prikazana je na slici. 2.6.1.

Za stvaranje toplinskog toka u sustavu osnovni metal-prevlaka-protuuzorak koristi se cijevna električna peć u kojoj su grijači (spirale) smješteni tako da se uzorak zagrijava samo u gornjoj polovici peći, gdje se smješteni su spiralni grijači, dok je u donjoj polovici azbestna toplinska izolacija i toplinski pretvarači za mjerenje temperature uzorka po dužini.

Termosica potrebna za hlađenje protuuzorka i određivanje toplinskog toka koji prolazi kroz premaz sastoji se od dva izolirana stakla.

Voda se dovodi u unutarnje staklo.

Temperatura vode na ulazu i izlazu iz termosice može se mjeriti termičkim pretvaračima bakar-konstantan. Kako bi se osigurao dovoljan kontakt između radnih krajnjih površina protuuzorka i uzorka, na potonji se primjenjuje sila R ne manje od 500 N.

Toplinska vodljivost se određuje na najmanje tri uzorka iste veličine, identične strukture i iste debljine premaza koji se istim tehnološkim načinom nanosi na čeonu površinu uzorka (slika 2.6.2).

Riža. 2.6.2 Uzorak za ispitivanje toplinske vodljivosti

Za svaki uzorak u svakoj točki određuju se najmanje tri temperature svakih 20 minuta.

Istodobno se bilježi temperatura vode na ulazu i izlazu.

Nakon što je osigurano potrebno zagrijavanje uzorka i stacionarni protok topline, moguće je očitavanje svih toplinskih pretvarača.

Za svaki uzorak u svakoj točki određuju se najmanje tri temperature svakih 20 minuta. Istodobno se bilježi temperatura vode na ulazu i izlazu.

Riža. 2.6.3 Raspodjela temperature u sustavu osnovni metal-prevlaka-protu uzorak po duljini:

1 - protuuzorak; 2 - mjesta ugradnje toplinskih pretvarača; 3 - Osnovni metal; 4 - premazivanje

Na temelju rezultata istraživanja konstruiran je grafikon raspodjele temperature u sustavu osnovni metal-prevlaka-protuuzorak (slika 2.6.3). Koristeći grafikon, temperature na unutarnjim i vanjske površine obloge. Toplinska vodljivost, W/(m-K) izračunava se formulom:

Gdje Q -- toplinski tok koji prolazi kroz premaz, W; c= 4,19- -- specifični toplinski kapacitet vode, J/(kgK); V -- maseni protok vode koja prolazi kroz termos, kg / s; - povećanje temperature vode u termos boci, °C; -- temperatura vode na ulazu i izlazu iz termos boce, °C; S -- površina pokrivanja, m2; -- temperatura na unutarnjoj i vanjskoj površini premaza, °C.

Poznate su i druge instalacije za određivanje toplinske vodljivosti apsolutnom metodom. Tako su V. M. Ivanov i sur. proučavao je termofizička svojstva plazma prevlaka aluminijevog oksida i cirkonijevog dioksida odvojenih od osnovnog metala pomoću instalacije prikazane na sl. 2.6.4. Uzorak u obliku cilindra duljine 100 mm s debljinom stijenke 1 mm postavljen je tako da mu je jedan kraj grijan s gornje strane. električni grijači, a drugi je bio u eutektičkoj talini. Sigurnosni uređaji, zasloni, izolacija izrađena od silikatnih vlakana, mogućnost mjerenja protoka topline na relativno velikoj duljini - sve je to eliminiralo netočnost ispunjavanja uvjeta stacionarnosti. Temperaturni gradijent određen je toplinskim pretvaračima.

Riža. 2.6.4 Postrojenje za mjerenje toplinske vodljivosti premaza apsolutnom metodom na cilindričnim uzorcima:

1 - ispitni uzorak; 2 - sigurnosni uređaj; 3 - zasloni; 4- grijalice; 5- eutektička talina; 6- toplinska izolacija; 7-termoparovi

U radu T. B. Buzovkina i sur. Toplinska vodljivost premaza određena je relativnim mjernim metodama. U ovom slučaju, pojednostavljenje je postignuto usporedbom temperaturnih polja u ispitivanoj i referentnoj prevlaci. Prethodno proučavani materijal odabran je kao standard. Ukupni toplinski tok izmjeren je pomoću referentnog uzorka. Pri ocjeni toplinske vodljivosti prevlaka etalon je bio topljeni kvarc s opetovano određivanom toplinskom vodljivošću. Vrlo je stabilan i može raditi u temperaturnom rasponu od 100 do 1700 K.

U eksperimentalnoj postavci (sl. 2.6.5), uzorak diska debljine 3-4 mm i promjera 23-25 mm postavljen je između taljenih kvarcnih standarda.

Riža. 2.6.5 Instalacija za mjerenje toplinske vodljivosti relativnom metodom:

1 - uzorak; 2 - standardi (taljeni kvarc); 3 - toplinski pretvarači; 4 - silitne šipke; 5- hladnjak; 6- poklopac; 7- teret; 8- prstenje

Uzorak je izrađen od premaza odvojenog od osnovnog metala, brušenjem s obje strane. Toplinska vodljivost mjerena je u uvjetima grijanja zračenjem silitnih šipki. Kako bi se smanjilo radijalno odvođenje topline, sustav uzorka i kvarcnih diskova bio je okružen s tri zaštitna koncentrična prstena od azbestnog cementa i zatrpavanjem od kvarcni pijesak. Temperaturne razlike u stacionarnom stanju zabilježene su pomoću četiri platina-platina-rodij termopara. Sustav uzorka i termoparova postavljen je na bakreni hladnjak i na njega pritisnut utegom kako bi se smanjio prijelazni kontaktni otpor između uzorka, standarda i termoparova. Toplinska izolacija pod uvjetom da razlika između vrijednosti protoka topline kroz prvi i drugi referentni uzorak nije veća od 4%. Za interval 200–900 °C konstruirana je krivulja toplinske vodljivosti prema temperaturi te je pomoću računala analiziran utjecaj mikropukotina, kontaktnih točaka između čestica, veličina čestica i drugih strukturnih parametara na toplinsku vodljivost.

premaz tvrdoće po Rockwellu