Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completa munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF
1. Introducere.
Proiectul este conceput în conformitate cu standardul de medie educatie generalaîn fizică. Când scrii a acestui proiect se are în vedere studiul fenomenelor termice, aplicarea lor în viața de zi cu zi și tehnologia. Pe lângă materialul teoretic, se acordă multă atenție muncă de cercetare- acestea sunt experimente care răspund la întrebările „În ce moduri poate fi schimbată energia internă a corpului?”, „Este la fel conductivitatea termică a diferitelor substanțe?” căutarea și prelucrarea informațiilor, fotografii Timp de lucru la proiect: 1 - 1,5 luni.Obiectivele proiectului: * implementarea practică a cunoștințelor despre fenomenele de căldură disponibile elevilor;* formarea deprinderilor pentru activități independente de cercetare; * dezvoltarea intereselor cognitive. * dezvoltarea gândirii logice și tehnice * dezvoltarea abilităților de dobândire independentă de noi cunoștințe în fizică în conformitate cu nevoile și interesele vitale;
2. Partea principală.
2.1. Partea teoretică
În viață, întâmpinăm cu adevărat fenomene termice zilnic. Cu toate acestea, nu credem întotdeauna că aceste fenomene pot fi explicate dacă cunoaștem bine fizica. În lecțiile de fizică, ne-am familiarizat cu modalitățile de schimbare a energiei interne: transferul de căldură și efectuarea de lucrări asupra corpului sau a corpului însuși. Când două corpuri cu temperaturi diferite intră în contact, energia este transferată de la un corp cu o temperatură mai mare către un corp cu o temperatură mai scăzută. Acest proces va continua până când temperaturile corpurilor se vor egaliza (apare echilibrul termic). în care munca mecanica nu este comisă. Procesul de schimbare a energiei interne fără a lucra asupra corpului sau asupra corpului însuși se numește transfer de căldură sau transfer de căldură. Cu transferul de căldură, energia este întotdeauna transferată de la un corp mai cald la unul mai puțin încălzit. Proces invers spontan (de la sine) nu are loc niciodată, adică transferul de căldură este ireversibil. Transferul de căldură determină sau însoțește multe procese din natură: evoluția stelelor și planetelor, procesele meteorologice de pe suprafața Pământului etc. Tipuri de transfer de căldură: conducție termică, convecție, radiație.
Conductivitate termică fenomenul de transfer de energie din părțile mai încălzite ale corpului către cele mai puțin încălzite se numește ca urmare a mișcării termice și a interacțiunii particulelor care alcătuiesc corpul.
Metalele au cea mai mare conductivitate termică - o au de sute de ori mai mult decât apa. Excepțiile sunt mercurul și plumbul, dar și aici conductivitatea termică este de zece ori mai mare decât cea a apei.
Când coborâți o spiță de metal într-un pahar cu apa fierbinte foarte curând capătul spiței a devenit și el fierbinte. În consecință, energia internă, ca orice fel de energie, poate fi transferată de la un corp la altul. Energia internă poate fi transferată dintr-o parte a corpului în alta. Deci, de exemplu, dacă un capăt al unui cui este încălzit într-o flacără, atunci celălalt capăt al său, care este în mână, se va încălzi treptat și va arde mâna.
2.2. Partea practică.
Să studiem acest fenomen făcând o serie de experimente cu solide, lichide și gaze.
Experienta numarul 1
Au luat diverse obiecte: o lingură de aluminiu, alta de lemn, a treia - plastic, a patra - dintr-un aliaj inoxidabil și a cincea - argint. Agrafe atașate la fiecare lingură cu picături de miere. Punem lingurile într-un pahar cu apă fierbinte, astfel încât mânerele cu agrafe să iasă din el în direcții diferite. Lingurile se vor încălzi, iar pe măsură ce se încălzește, mierea se va topi și capsele vor cădea.
Desigur, lingurile trebuie să aibă aceeași formă și dimensiune. Acolo unde încălzirea are loc mai rapid, acel metal conduce mai bine căldura, este mai conducător de căldură. Pentru acest experiment, am luat un pahar cu apă clocotită și patru tipuri de linguri: aluminiu, argint, plastic și inox. Le-am scufundat unul câte unul într-un pahar și am cronometrat timpul: câte minute ar dura să se încălzească. asta am facut:
Concluzie: lingurile din lemn și plastic durează mai mult să se încălzească decât lingurile din metal, ceea ce înseamnă că metalele au o conductivitate termică bună.
Experienta numarul 2
Să aducem capătul unui băț de lemn în foc. Se va aprinde. Celălalt capăt al beței de afară va fi rece. Aceasta înseamnă că lemnul are o conductivitate termică slabă.
Aducem capătul unei baghete subțiri de sticlă la flacăra lămpii cu spirit. După un timp, se va încălzi, dar celălalt capăt va rămâne rece. În consecință, sticla are și conductivitate termică slabă.
Dacă încălzim capătul unei tije metalice într-o flacără, atunci foarte curând toată tija va fi foarte fierbinte. Nu o vom mai putea ține în mâini.
Aceasta înseamnă că metalele conduc bine căldura, adică au o conductivitate termică ridicată. Pe personal-ve go-ri-zon-tal-dar-crep-in ster-zhen. Pe tija, prin orificii unu-la-unu, ver-ti-cal-no, se prind cuie metalice cu ceara asemanatoare ceara.
O lumânare este plasată pe marginea tijei. Deoarece marginea tijei este on-gray-wa-et-sya, atunci in-ste-pen-no-ster-zhen pro-gre-va-et-sya. Când căldura ajunge la locul unde se prind știfturile de la tijă, ste-a-rinul se va topi, iar garoafa va cădea. Vedem că în această experiență nu există nicio chestiune ne-re-no-sa, co-răspuns-veterinar-dar, na-blu-da-it-sya cald-lo-pro-apă.
Experiența numărul 3
Diferite metale au o conductivitate termică diferită. În studiul de fizică există un dispozitiv cu care ne putem asigura că diferite metale au conductivitate termică diferită. Totuși, acasă, am putut să verificăm acest lucru cu ajutorul unui dispozitiv de casă.
Un dispozitiv pentru afișarea diferitelor conductivitati termice a solidelor.
Am fabricat un dispozitiv pentru afișarea diferitelor conductivitati termice a solidelor. Pentru a face acest lucru, au folosit o cutie goală de folie de aluminiu, două inele de cauciuc (de casă), trei bucăți de sârmă din aluminiu, cupru și fier, gresie, apă fierbinte, 3 figurine de bărbați cu mâinile ridicate, decupate din hârtie.
Procedura de fabricare a dispozitivului:
îndoiți firul în forma literei „G”;
intareste-le cu in afara conserve cu inele de cauciuc;
atârnă bărbați de hârtie de părțile orizontale ale secțiunilor de sârmă (folosind parafină topită sau plastilină).
Verificarea funcționării dispozitivului... Se toarnă într-un borcan apa fierbinte(dacă este necesar, încălziți un borcan cu apă pe o sobă electrică) și urmăriți ce cifră cade prima, a doua, a treia.
Rezultate. Prima figură va cădea, fixată pe un fir de cupru, a doua - pe aluminiu, a treia - pe oțel.
Concluzie. Diferitele solide au o conductivitate termică diferită.
Conductivitatea termică a diferitelor substanțe este diferită.
Experienta numarul 4
Să luăm acum în considerare conductivitatea termică a lichidelor. Luați o eprubetă cu apă și începeți să încălziți partea superioară. Apa de la suprafata va fierbe in curand, iar in fundul eprubetei, in acest timp se va incalzi doar. Aceasta înseamnă că conductivitatea termică a lichidelor este scăzută.
Experiența numărul 5
Să investigăm conductivitatea termică a gazelor. Puneți o eprubetă uscată pe deget și încălziți-o cu susul în jos în flacăra unei lămpi cu alcool. În acest caz, degetul nu se va simți cald pentru o lungă perioadă de timp. Acest lucru se datorează faptului că distanța dintre moleculele de gaz este chiar mai mare decât cea a lichidelor și a solidelor. În consecință, conductivitatea termică a gazelor este și mai mică.
Lâna, părul, pene de pasăre, hârtia, zăpada și alte corpuri poroase au o conductivitate termică slabă.
Acest lucru se datorează faptului că aerul este conținut între fibrele acestor substanțe. Iar aerul este un slab conductor de căldură.
Deci iarba verde este păstrată sub zăpadă, culturile de iarnă sunt păstrate de îngheț.
Experiența numărul 6
Pufă o sferă mică de vată și o înfășura în jurul becului termometrului.Acum ținea termometrul la o anumită distanță de flacără și observă cum a crescut temperatura. Apoi aceeași minge de vată a stors și a înfășurat-o strâns în jurul becului termometrului și a adus-o înapoi la lampă. În al doilea caz, mercurul va crește mult mai repede. Aceasta înseamnă că vata comprimată conduce căldura mult mai bine!
Cea mai scăzută conductivitate termică este deținută de vid (spațiu eliberat de aer). Acest lucru se explică prin faptul că conductivitatea termică este transferul de energie dintr-o parte a corpului în alta, care are loc în timpul interacțiunii dintre molecule sau alte particule. Într-un spațiu în care nu există particule, conductivitatea termică nu poate fi realizată.
3. Concluzie.
Diferitele substanțe au o conductivitate termică diferită.
Solidele (metale) au o conductivitate termică ridicată, mai puțin - lichide și sărace - gaze.
Putem folosi conductivitatea termică a diferitelor substanțe în viața de zi cu zi, tehnologie și natură.
Fenomenul de conductivitate termică este inerent tuturor substanțelor, indiferent de starea de agregare în care se află.
Acum, fără dificultate, pot răspunde și explica din punct de vedere fizic întrebările:
1.De ce păsările își pufesc penele pe vreme rece?
(Există aer între pene, iar aerul este un slab conductor de căldură).
2. De ce hainele de lână țin mai bine frigul afară decât cele sintetice?
(Există aer între fire de păr, care nu conduce bine căldura).
3. De ce dorm pisicile încovoiate într-o minge iarna, când vremea este rece? (Încovălindu-se într-o minge, reduc suprafața care degajă căldură.)
4. De ce mânerele fiarelor de lipit, fiarelor, tigăilor, oalelor sunt din lemn sau plastic? (Lemnul și plasticul au o conductivitate termică slabă, așa că atunci când încălzim obiecte metalice, nu ne vom arde mâinile ținându-ne de un mâner din lemn sau plastic).
5. De ce tufele plantelor termofile și tufele sunt acoperite cu rumeguș pentru iarnă?
(Rumegul este un slab conductor de căldură. Prin urmare, plantele sunt acoperite cu rumeguș pentru a nu îngheța).
6. Ce cizme protejează mai bine de îngheț: strânse sau largi?
(Spatios, deoarece aerul nu conduce bine caldura, este un alt strat din bocanc care retine caldura).
4. Lista literaturii folosite.
Ediții tipărite:
1.A.V. Peryshkin Fizica Clasa a 8-a -M: Dropia, 2012.
2.M.I.Bludov Conversații despre fizică partea 1 -M: Iluminismul 1984.
Resurse de internet:
1.http: //class-fizika.narod.ru/8_3.htm
2.http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2 % D0% BE% D0% B4% D0% BD% D0% BE% D1% 81% D1% 82% D1% 8C
1Articolul prezintă rezultatele unui studiu al proprietăților de protecție termică ale țesutului urzeală-nap continuu folosind un dispozitiv de imagistică termică. Se propune utilizarea ca izolator termic material de construcții, care posedă proprietățile necesare - țesătură continuă din două piese urzeală, folosind fire de bumbac și nailon în bătătură. În urma studiilor efectuate folosind o unitate de termoviziune bazată pe camera infraroșu TermaCamTM SC 3000, s-au determinat principalele caracteristici termofizice ale țesutului, s-au obținut termograme ale procesului de răcire a probelor de țesut, iar pe baza rezultatelor măsurătorilor, au fost construite grafice semilogaritmice ale răcirii lor. Ca rezultat al analizei datelor experimentale, rezultă că rezistența termică a probelor de țesut continuu de urzeală cu două țesături depinde de grosimea acestora. Odată cu creșterea grosimii unei anumite țesături, rezistența sa termică crește, adică proprietățile de protecție termică se îmbunătățesc, indiferent de compoziție fibroasățesături de bătătură.
țesătură urzeală
izolator termic
camera termica
rezistenta termica
1. Boyko S.Yu. Dezvoltarea parametrilor tehnologici optimi pentru producția de țesut pentru a proteja o persoană de influențele externe: rezumatul autorului. dis. Cand. tehnologie. stiinte. - M., 2004 .-- 16 p.
2. Vavilov V.P., Klimov A.G. Camerele termice și aplicarea acestora. - M .: „Intel universal”, 2002 - 88 p.
3. Kolesnikov P.A. Bazele proiectării îmbrăcămintei de protecție împotriva căldurii. L .: „Industria uşoară”, 1971. - 112 p.
4. Nazarova M.V., Boyko S.Yu. Dezvoltarea unei metode de proiectare a țesăturilor pentru protejarea unei persoane de influențe externe // International Journal of Experimental Education. - 2010. - Nr. 6. - S. 75-79.
5. Nazarova M.V., Boyko S.Yu., Zavyalov A.A. Dezvoltarea parametrilor tehnologici optimi pentru producerea țesăturilor cu proprietăți de rezistență ridicată // International Journal of Experimental Education. - 2013. - Nr. 10 (partea 2). - S. 385-390.
6. Nazarova MV, Boyko S.Yu., Romanov V.Yu. Dezvoltarea parametrilor tehnologici optimi pentru producerea țesăturilor cu proprietăți de protecție termică // International Journal of Experimental Education. - 2013. - Nr. 10 (partea 2). - S. 391-396.
Proiectarea îmbrăcămintei raționale de protecție împotriva căldurii pentru diverse condiții climatice și conditii de lucru este o problemă științifică mare și foarte complexă, care poate fi rezolvată cu succes doar pe baza utilizării integrate a datelor din fiziologie, igiena îmbrăcămintei, climatologie, fizica termică, știința materialelor textile și designul vestimentar.
Conductivitatea termică a țesăturilor textile este asociată cu transferul energiei de mișcare termică a microparticulelor din părțile mai încălzite ale corpului către părțile mai puțin încălzite, ceea ce duce la egalizarea temperaturii și este estimată prin coeficientul de conductivitate termică; coeficient de transfer termic; rezistență termică, rezistență termică specifică.
Analiza lucrărilor privind studiul proprietăților termofizice ale materialului a arătat că atunci când se evaluează proprietățile de protecție termică ale materialelor de îmbrăcăminte, o valoare mai simplă și mai vizuală trebuie luată în considerare nu coeficientul de conductivitate termică, ci valoarea inversă a acestuia, numită rezistență termică. . Factorii care afectează rezistența termică a unui material includ: greutatea volumetrică, grosimea, umiditatea, tipul material fibros, respirabilitate.
Prin urmare, scopul acestei lucrări este acela de a evalua valoarea caracteristicilor termofizice ale țesăturii urzeală destinată coaserii îmbrăcămintei de lucru utilizate în condiții climatice extreme.
În această lucrare, în studiul proprietăților termofizice ale țesutului de urzeală continuă, se propune utilizarea principiului diagnosticului termic, care constă în compararea câmpurilor de temperatură de referință și analizate în țesutul studiat. Anomaliile de temperatură servesc ca indicatori ai defectelor, iar magnitudinea semnalelor de temperatură și comportamentul lor în timp stau la baza estimărilor cantitative ale anumitor parametri ai țesutului.
Termenul „imagistică termică” se referă în principal la înregistrarea radiațiilor termice din solide, care constă din radiația proprie a corpului datorită temperaturii sale, precum și radiația reflectată și transmisă de la alte corpuri. Pentru obiectele optic opace, dispozitivele de termoviziune înregistrează exclusiv efecte de suprafață: temperatura suprafeței și magnitudinea emisivității (absorbției) și reflexiei.
Când se examinează obiecte cu camere termice, cele mai comune două intervale de lungimi de undă sunt adesea folosite: 3-5,5 µm și 8-12 µm; și de obicei sunt denumite benzi de unde scurte și lungi.
Schema generală de măsurare a radiației termice arbitrare solid prezentat în Fig. 1. Obiectul de control (1) este înconjurat de mediu (2) și respectiv de alte obiecte (3), cu temperaturi Tav și Tvesh. Pentru a înregistra radiația termică (4) se folosește o cameră termică. Obiectul de control este caracterizat de următorii parametri optici: emisivitate ε; coeficientul de absorbție α; coeficientul de reflexie r; transmitanța τ.
Orez. unu. Diagramă schematică măsurători ale radiației termice a unui solid arbitrar
Principalul avantaj al unei camere termice față de alte dispozitive în studiul proprietăților de protecție termică a materialelor este:
- sensibilitate termică ridicată;
- valori mai precise ale temperaturii;
- viteza mare de obținere a rezultatelor experimentale și prelucrarea acestora;
- interval de temperatură nelimitat.
La determinarea caracteristicilor termofizice ale unei țesături de urzeală continuă cu două lenjerie, folosind un sistem de imagistică termică, a fost aplicată o tehnică dezvoltată la Departamentul de Inginerie Industrială a Energiei termice a Universității Tehnice de Stat din Moscova. UN. Kosygin. Metoda de determinare a caracteristicilor termofizice se bazează pe metodele regimului termic nestaționar pentru evaluarea experimentală a proprietăților de protecție termică a materialelor de îmbrăcăminte prin metoda regimului termic regulat, pe baza fenomenului de răcire liberă a unei probe încălzite. într-un mediu gazos (aer).
Studiile caracteristicilor termofizice ale unei țesături de urzeală cu două lenjerie continue folosind un sistem de imagistică termică au fost efectuate în laboratorul Departamentului de Inginerie Industrială a Energiei termice a Universității Tehnice de Stat din Moscova. UN. Kosygin.
Când se folosește un sistem de imagistică termică, au fost stabilite următoarele sarcini:
- determinarea câmpurilor de temperatură pe suprafața probelor de țesut studiate în timpul răcirii;
- determinarea conductivității termice a țesăturii continue din două piese warp-nap.
Configurația laboratorului pentru experiment este prezentată în Fig. 2.
Orez. 2. Sistem de termoviziune pentru studiul conductibilitatii termice a tesutului warp-pile: 1 - camera termocamtmsc 3000; 2 - calculator pentru prelucrarea datelor; 3 - dulap izolat; 4 - scut protector; 5 - termometru pentru controlul temperaturii din interiorul dulapului; 6 - proba de tesut
După cum se știe din studiile lui A.P. Kolesnikov, capacitatea de izolare termică a țesăturii depinde de grosimea acesteia. Grosimea are cea mai mare valoareîn proprietățile termoizolante ale țesăturii. Pentru experiment, am folosit mostre de țesătură de urzeală continuă cu fire de bumbac în rădăcină și urzeală. În bătătură s-au folosit fire de bumbac cu o densitate liniară de 15,4 * 2 tex (varianta I) și fir de nailon T = 15,6 tex (varianta II). În fiecare dintre opțiuni, grosimea țesăturii s-a schimbat. Pentru experiment, am folosit mostre de țesături de diferite grosimi: I - versiunea eșantion cu fire de bumbac în bătătură și II - versiunea eșantion cu fir de nailon în bătătură. Grosimea mostrelor de țesătură în ambele versiuni a fost b1 = 7,57 mm, b2 = 7,62 mm.
Algoritmul pentru studierea proprietăților de protecție termică a unei țesături continue cu două lenjerie de urzeală este următorul:
Încălzirea probei într-un cabinet termoizolat la o temperatură fixă t = 100 ° C (mai mică decât temperatura de deformare a fibrei);
Controlul uniformității încălzirii probei de testat folosind o cameră în infraroșu ThermaCAM SC 3000;
Când se atinge un câmp uniform de temperatură pe suprafața probei, opriți sursa de alimentare a încălzitorului electric;
Folosind o cameră în infraroșu ThermaCAM SC 3000, fixând răcirea probei la valoarea inițială temperatura camerei sub rezerva condițiilor;
Înlocuirea probei studiate (opțiunea 1) cu o altă probă (opțiunea 2) și efectuarea din nou a întregului set de măsurători;
După obținerea termogramelor procesului de răcire a probelor, datele experimentale sunt prelucrate cu ajutorul unui calculator;
Folosind formulele binecunoscute, determinăm conductivitatea termică și rezistența termică a probelor de țesut continuu de urzeală cu două in.
Conditii experimentale:
- emisivitatea obiectului (gradul de întuneric) - 0,95;
- temperatura ambiantă - 23 ° С;
- distanța dintre obiect și camera termică este de 30 cm;
- umiditate relativă aer - 55%.
Cu ajutorul unui sistem de termoviziune, termogramele procesului de răcire a unei probe de țesut sunt înregistrate la o frecvență de 1 cadru pe secundă.
Pe baza datelor de măsurare, este trasat un grafic de răcire semi-logaritmic, prezentat în Figurile 3 și 4, secțiunea dreaptă a curbei corespunde modului obișnuit. Ecuația acestei drepte, conform legii de bază a regimului regulat (de primul fel), are următoarea formă:
ln υ = -m τ + g (x, z, z), (1)
Pe linia dreaptă sunt marcate șase puncte cu coordonatele corespunzătoare, în conformitate cu care se determină viteza de răcire.
Viteza de răcire în fiecare secțiune este determinată de formulele (2), s -1:
unde υ 1 este diferența dintre temperatura la un punct dat și in Mediul extern la momentul τ 1; υ 2 - diferenţa dintre temperatura la un punct dat şi cea din mediul exterior la momentul τ 2;
Viteza medie de răcire este determinată de formula 3, s -1:
, (3)
Determinați factorul de formă pentru mostrele de țesătură folosind formula (4):
Dacă presupunem că proba de țesătură ia în mod convențional forma unui paralelipiped, atunci pentru un paralelipiped dreptunghiular cu marginile L 1, L 2, L 3, mm:
, (4)
unde L 1 este lățimea probei, mm; L 2 este lungimea probei, mm; L 3 - înălțimea probei egală cu b 1, b 2, mm.
Difuzivitatea termică este determinată de formula (5), m2 / s:
Densitatea în vrac a probelor este determinată de formula (6), kg / m3:
unde M este densitatea suprafeței probei, g/m2; b - grosimea probei, mm.
Orez. 3. Curba experimentală a vitezei de răcire a unui eșantion de țesătură de urzeală cu fire de bumbac în bătătură (varianta I)
Orez. 4. Curba experimentală a vitezei de răcire a țesăturii de urzeală cu fir de nailon în bătătură (varianta II)
Capacitatea termică specifică a probelor este luată din datele experimentale determinate de P.A. Kolesnikov:
- pentru I - opțiune (bumbac) c1 = 1,38 kJ / kg · grade;
- pentru II - varianta (bumbac-nylon) cu 2 = 1,66 kJ/kg grad;
Conductivitatea termică a materialului este determinată de formula (7), W / m2⋅grad:
Rezistența termică a probelor de țesut este determinată de formula (7), m2 deg / W:
unde δ este grosimea stratului, m; λ - coeficient de conductivitate termică, W / m · deg.
Calculul parametrilor rezistenței termice a eșantioanelor de țesut continuu cu două lenjerie urzeală-pumn de două opțiuni a fost efectuat pe un computer și este prezentat în tabel. 2.
masa 2
Rezultatele calculării parametrilor de rezistență termică a probelor de țesut continuu din două piese warp-nap
|
Proba nr. |
I - opțiunea |
II - opțiunea |
||
|
Rezistenta termica, m2 grade/W |
||||
Ca rezultat al analizei datelor din tabel, rezultă că rezistența termică a probelor de țesut continuu de urzeală cu două lenjerie depinde de grosimea acestora. Odată cu creșterea grosimii unei anumite țesături, rezistența sa termică crește, adică proprietățile de protecție termică se îmbunătățesc, indiferent de compoziția fibroasă a țesăturii de bătătură.
Cele mai bune proprietăți de protecție termică sunt posedate de: - o probă de țesătură care conține fire de bumbac în bătătură și grosime bТ = 7,62 mm; o probă de țesătură cu un fir de nailon în bătătură și o grosime de bТ = 7,57.
Tabelul 3
Caracteristicile termofizice ale probelor de țesut de grămadă de urzeală
concluzii
- Cu ajutorul unei instalații de termoviziune bazată pe o cameră în infraroșu TermaCamTM SC 3000, s-a realizat un studiu al proprietăților de protecție termică a țesăturii, s-au determinat principalele caracteristici termofizice ale acesteia, s-au obținut termograme ale procesului de răcire a probelor de țesut, iar pe baza rezultatelor măsurătorilor au fost construite grafice semilogaritmice ale răcirii acestora.
- A fost dezvoltat un algoritm pentru calcularea proprietăților de protecție termică a unui țesut continuu din două piese warp-nap, pe baza căruia au fost determinate principalele caracteristici termofizice ale țesutului.
Referință bibliografică
Boyko S.Yu., Nazarova M.V. CERCETAREA CONDUCTIVITĂȚII TERMICE A ȚESUTULUI DE BAZĂ ÎN FUNȚIE DE GROSIMEA SA ȘI DE COMPOZIȚIA FIBREILOR A FILOR DE BĂTĂ // Jurnalul Internațional de Cercetare Aplicată și Fundamentală. - 2014. - Nr. 9-2. - S. 11-15;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=5821 (data accesului: 16.09.2019). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe Naturale”
Subiectul „Studiu fenomene conductivitate termică "
Relevanţă: Noi materiale sunt dezvoltate în zilele noastre. Cunoașterea conductivității termice a diferitelor substanțe permite nu numai utilizarea pe scară largă a acestora, ci și prevenirea efectelor nocive ale acestora în viața de zi cu zi, tehnologie și natură.
Ţintă: studiul fenomenului de conductivitate termică, făcându-se o serie de experimente cu solide, lichide și gaze.
Sarcini:
Studiați materialul teoretic pe această problemă;
Explorează conductivitatea termică a solidelor;
Investigați conductivitatea termică a lichidelor;
Investigați conductivitatea termică a gazelor;
Trageți concluzii despre rezultatele obținute.
Ipoteză: toate substanțele (solide, lichide și gazoase) au conductivitate termică diferită.
Echipament: lampă cu spirit, trepied, băţ de lemn, băţ de sticlă, sârmă de cupru, eprubetă cu apă.
Elemente ale materialelor didactice pentru manual: manualul „Fizica. clasa a 8-a "
Energia internă, ca orice fel de energie, poate fi transferată de la un corp la altul. Energia internă poate fi transferată dintr-o parte a corpului în alta. Deci, de exemplu, dacă un capăt al unui cui este încălzit într-o flacără, atunci celălalt capăt al său, care este în mână, se va încălzi treptat și va arde mâna. Fenomenul de transfer al energiei interne dintr-o parte a corpului în alta sau de la un corp la altul în timpul contactului lor direct se numește conductivitate termică.
Să studiem acest fenomen făcând o serie de experimente cu solide, lichide și gaze.
Video: https: // cloud. Poștă. ru / public / JCFY / CFTcCeqhE
Testul 1 . Investigarea conductivității termice a solidelor prin exemplu baston de lemn, tijă de sticlă și tijă de cupru.
Să aducem capătul unui băț de lemn în foc. Se va aprinde.
Concluzie: lemnul are o conductivitate termică slabă.
Aducem capătul unei baghete subțiri de sticlă la flacăra lămpii cu spirit. După un timp, se va încălzi, dar celălalt capăt va rămâne rece.
Concluzie: sticla are o conductivitate termică slabă.
Dacă încălzim capătul unei tije metalice într-o flacără, atunci foarte curând toată tija va fi foarte fierbinte. Nu o vom mai putea ține în mâini.
Concluzie: metalele conduc bine căldura, adică au o conductivitate termică ridicată. Argintul și cuprul au cea mai mare conductivitate termică.
Luați în considerare transferul de căldură de la o parte a unui solid în alta în experimentul următor. Fixați un capăt cu un gros sârmă de cupruîntr-un trepied. Vom atașa mai multe știfturi de sârmă cu ceară (fig. 6). Când capătul liber al firului este încălzit în flacăra unei lămpi cu alcool, ceara se va topi. Garoafele vor începe să cadă treptat. În primul rând, cei care sunt mai aproape de flacără vor dispărea, apoi toate celelalte la rândul lor.
https://pandia.ru/text/80/351/images/image003_62.jpg "alt =" (! LANG: img8_7" align="left" width="216" height="176 src=">!}
Experiența 3. Investigarea conductivității termice a gazelor.
Să investigăm conductivitatea termică a gazelor.
Puneți o eprubetă uscată pe deget și încălziți-o cu susul în jos în flacăra unei lămpi cu alcool (Fig. 8). În acest caz, degetul nu se va simți cald pentru o lungă perioadă de timp. Acest lucru se datorează faptului că distanța dintre moleculele de gaz este chiar mai mare decât cea a lichidelor și a solidelor.
Concluzie: Conductivitatea termică a gazelor este chiar mai mică decât cea a lichidelor. Deci, conductivitatea termică a 
diferite substanțe este diferită.
Concluzii și discuții
Concluzie: Experimentele efectuate arată că conductivitatea termică a diferitelor substanțe este diferită. Metalele au cea mai mare conductivitate termică, lichidele au conductivitate termică scăzută, iar gazele au cea mai scăzută conductivitate termică.
Folosind §4 din manualul de fizică pentru clasa a 8-a, prezentăm rezultatele sub forma unui tabel:
Explicarea fenomenului de conductivitate termică din punct de vedere cinetic molecular: Conductivitatea termică este transferul de energie dintr-o parte a corpului în alta, care are loc atunci când moleculele sau alte particule interacționează. În metale, particulele sunt situate aproape, interacționează constant între ele. Viteza mișcării vibraționale în partea încălzită a metalului crește și este rapid transferată la particulele învecinate. Temperatura următoarei bucăți de sârmă crește. În lichide și gaze, moleculele sunt situate la distanțe mai mari decât în metale. Într-un spațiu în care nu există particule, conductivitatea termică nu poate fi realizată.
Aplicarea conductibilității termiceConductivitate termică în bucătărie:Conductivitatea termică și reglarea acesteia sunt importante în procesul de gătit. Adesea, în timpul gătirii unui produs, este necesar să se întrețină febră mare, asadar, in bucatarie se folosesc metale (cupru, aluminiu...), astfel conductivitatea termica si rezistenta lor sunt mai mari decat cele ale altor materiale. Oalele, tigăile, foile de copt și alte ustensile sunt fabricate din metal. Când vin în contact cu o sursă de căldură, această căldură este ușor transferată alimentelor. Uneori este necesar să se reducă conductivitatea termică - în acest caz se folosesc oale din materiale cu o conductivitate termică mai mică sau sunt pregătite în moduri care transferă mai puțină căldură alimentelor. Gătitul într-o baie de apă este un exemplu de scădere a conductibilității termice. Pentru ustensilele destinate gătitului nu se folosesc întotdeauna materiale cu conductivitate termică ridicată. La cuptor, de exemplu, se folosesc adesea vase ceramice, a cărui conductivitate termică este mult mai mică decât cea a vaselor metalice. Principalul lor avantaj este capacitatea lor de a menține temperatura. Bun exemplu utilizarea materialelor cu conductivitate termică ridicată în bucătărie - aragaz. De exemplu, arzatoarele unei sobe electrice sunt realizate din metal pentru a asigura un bun transfer de caldura din serpentina fierbinte. element de încălzireîntr-o cratiță sau tigaie. Oamenii folosesc materiale cu conductivitate termică scăzută între mâini și ustensile pentru a evita opărirea. Multe cratițe au mânere din plastic, iar tigăile sunt scoase din cuptor cu mănuși de cuptor din pânză sau plastic cu conductivitate termică scăzută. Materialele cu conductivitate termică scăzută sunt, de asemenea, folosite pentru a menține temperatura alimentelor constante. Așa, de exemplu, pentru a vă păstra fierbinte cafeaua sau supa de dimineață, care se ia în excursie sau la prânz la serviciu, se toarnă într-un termos, ceașcă sau borcan cu o bună izolare termică. Cel mai adesea, alimentele din ele rămân fierbinți (sau reci) datorită faptului că între pereții lor există un material care nu conduce bine căldura. Poate fi polistiren sau aer, care se află în spațiul închis dintre pereții vasului. Nu lasa caldura sa intre mediu inconjurator, mâncarea - se răcește, iar mâinile - se ard. Styrofoam este, de asemenea, folosit pentru pahare și recipiente pentru mâncare la pachet. Într-un vid Dewar (cunoscut ca „termos” după numele mărcii), aproape că nu există aer între pereții exteriori și interiori - acest lucru reduce și mai mult conductivitatea termică. Sistem de incalzire: Sarcina oricărui sistem de încălzire este să transfere eficient energia de la purtătorul de căldură (apa caldă) în cameră. Pentru a face acest lucru, utilizați elemente speciale ale sistemului de încălzire - calorifere. Radiatoarele sunt proiectate pentru a crește transferul de căldură al energiei termice acumulate în sistem către cameră. Ele reprezintă o structură secțională sau monolitică, în interiorul căreia circulă lichidul de răcire. Principalele caracteristici ale unui radiator de încălzire: materialul de fabricație, tipul de construcție, dimensiuni(număr de secțiuni), transfer de căldură. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât vor fi mai puține pierderi de căldură în timpul transferului de energie de la lichidul de răcire în cameră. Cel mai bun material pentru fabricarea radiatoarelor, este cupru. Cele mai utilizate sunt caloriferele din fontă; calorifere din aluminiu; calorifere din otel; radiatoare bimetalice. Conductivitate termică pentru căldură Folosim materiale cu conductivitate termică scăzută pentru a menține o temperatură constantă a corpului. Exemple de astfel de materiale sunt lâna, puful și lâna sintetică. Pielea animalelor este acoperită cu blană, iar păsările - cu conductivitate termică scăzută și împrumutăm aceste materiale de la animale sau creăm țesături sintetice asemănătoare acestora și facem din ele haine și încălțăminte care ne protejează de frig. În plus, facem pături, deoarece este mai confortabil să dormi sub ele decât în haine. Aerul are o conductivitate termică scăzută, dar problema aerului rece este că de obicei se poate mișca liber în orice direcție. Deplasează aerul cald din jurul nostru și ne răcim. Dacă mișcarea aerului este limitată, de exemplu, prin închiderea acestuia între pereții exteriori și interiori ai vasului, atunci asigură o bună izolare termică. Zăpada și gheața au și conductivitate termică scăzută, astfel încât oamenii, animalele și plantele le folosesc pentru izolarea termică. Există aer în zăpada proaspătă, necompacată, ceea ce îi reduce și mai mult conductivitatea termică, mai ales că conductivitatea termică a aerului este mai mică decât conductibilitatea termică a zăpezii. Datorită acestor proprietăți, stratul de gheață și zăpadă protejează plantele de îngheț. Animalele sapă gropi și peșteri întregi pentru a ierna în zăpadă. Călătorii care traversează zonele acoperite cu zăpadă sapă uneori aceste peșteri pentru a petrece noaptea în ele. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au construit adăposturi de gheață, iar acum creează centre întregi de divertisment și hoteluri. Focul arde adesea în ele, iar oamenii dorm în blănuri și saci de dormit sintetici. Pentru a asigura o viață normală în corpul oamenilor și al animalelor, este necesar să se mențină o anumită temperatură în limite foarte înguste. Sângele și alte fluide, precum și țesuturile, au o conductivitate termică diferită și pot fi ajustate în funcție de nevoi și temperatura ambientala... De exemplu, corpul poate modifica cantitatea de sânge într-o zonă a corpului sau în întregul corp prin dilatarea sau îngustarea vaselor de sânge. Corpul nostru poate, de asemenea, să îngroașe și să subțieze sângele. În acest caz, conductivitatea termică a sângelui și, în consecință, partea corpului în care curge acest sânge, se modifică. Terapia cu căldură Metodele moderne de tratament termic pot fi împărțite în trei grupe mari: 1) aplicarea prin contact a mediului încălzit; 2) iradierea lumino-termică și 3) utilizarea căldurii generate în țesuturi în timpul trecerii de înaltă frecvență curent electric... Să ne oprim asupra utilizării mediilor încălzite. Pentru termoterapie, sunt selectate medii care le permit să creeze o cantitate semnificativă de căldură. Această căldură trebuie apoi transferată lent și treptat în organism pe parcursul întregii proceduri. Pentru aceasta, mediul trebuie să aibă, eventual, o capacitate termică mare și o conductivitate termică și o capacitate de convecție relativ scăzute. Următoarele medii sunt utilizate în principal pentru termoterapie: aer, apă, turbă, nămol terapeutic și parafină. Conductivitate termică în baieMultora le place să se relaxeze în saune sau băi, dar ar fi imposibil să stea acolo pe bănci din material cu conductivitate termică ridicată. Este nevoie de mult timp pentru a egaliza temperatura unor astfel de materiale cu temperatura corpului, astfel încât în schimb se folosesc materiale cu conductivitate termică scăzută, precum lemnul, ale cărui straturi superioare iau temperatura corpului mult mai repede. Deoarece temperatura crește suficient de mare în saună, oamenii poartă adesea pălării din lână sau pâslă peste cap pentru a-și proteja capul de căldură. În băile turcești, hamam-uri, temperatura este mult mai scăzută, așa că acolo se utilizează un material cu o conductivitate termică mai mare pentru bănci - piatra. |
Fapte interesante despre conductibilitatea termică
Fiarele spinoase în ace sunt calde?
Lâna nu numai că salvează animalele de frig, ci servește și ca mijloc de protecție. Și pentru ca protecția să fie mai impresionantă și mai de încredere, linia părului se schimbă uneori, transformându-se într-un fel de armură. Ace, de exemplu. Dar o astfel de veșmânt păstrează proprietățile inerente lânii, aricii și porcii-șpinii sunt răcori în hainele lor spinoase de blană?
Oameni de știință de la Institutul de Ecologie și Evoluție. RAS a studiat amănunțit proprietățile de conducție termică și de izolare termică ale acelor luate din spatele unui mascul adult de porc nord american din colecția Muzeului Zoologic al Universității de Stat din Moscova și s-a asigurat că tocmai aceste ace se încălzesc foarte mult. bine. Pentru a înțelege structura internă a acelor, s-au făcut secțiuni subțiri pe ele, pe care a fost depus aur pentru examinare la microscop electronic. Keratina - componenta principală a acelor - conduce căldura de 10 ori mai bine decât aerul. Și datorită acestui lucru, acele crește conductivitatea termică a „armurii”. În consecință, crește și pierderea de căldură din corpul animalului. Cu toate acestea, structura poroasă internă a acelor creează o ecranare suplimentară a radiațiilor termice, care, cel mai probabil, compensează creșterea conductibilității termice. Deci porcul-spic, ca și alte animale spinoase, nu suferă deloc de frig. Capacul acului reține la fel de multă căldură cât este nevoie pentru un animal cu sânge cald de această dimensiune.
Polipropilenă- este încă cea mai bună bază pentru materialele (fibre, fire, fire, pânze, țesături) utilizate în producția de lenjerie de corp, îmbrăcăminte sport, lenjerie termică și șosete termice. Dintre toate materialele sintetice utilizate în acest domeniu, are cea mai scăzută conductivitate termică. Prin urmare, îmbrăcămintea din polipropilenă permite cel mai bun modține cald iarna și răcoros vara.
Care material are cea mai mare conductivitate termică?
Materialul cu cea mai mare conductivitate termică nu este deloc metal (argint sau cupru), așa cum cred mulți oameni. Cea mai mare conductivitate termică are un material asemănător sticlei - diamant. Conductivitatea sa termică este de aproape 6 ori mai mare decât a argintului sau cuprului. Dacă faci o linguriță din diamant, atunci nu o vei putea folosi, deoarece îți va arde degetele în aceeași secundă.
Din ce sunt făcute grămezii în timpul construcției clădirilor în regiunile cu permafrost?
Scăderea fundației în special în regiunile cu permafrost provoacă mari dificultăți constructorilor. Casele sunt adesea crăpate din cauza dezghețului pământului de sub ele. Fundația transferă o anumită cantitate de căldură către sol. Prin urmare, clădirile au început să fie construite pe piloți. În acest caz, căldura este transferată numai prin conductivitate termică de la fundație la grămadă și mai departe de la grămadă la sol. Din ce ar trebui să fie făcute grămezii? Se pare că grămezii, din material solid durabil, trebuie umpluți cu kerosen în interior. Vara, grămada conduce prost căldura de sus în jos, deoarece lichidul are o conductivitate termică scăzută. În timpul iernii, grămada, din cauza convecției lichidului din interiorul său, va contribui, dimpotrivă, la răcirea suplimentară a solului.
„Minge refractară” ………………………………………….
Un balon obișnuit umflat cu aer se aprinde ușor în flacăra unei lumânări. Pune imediat. Dacă aduceți aceeași minge umplută cu apă la flacăra lumânării, aceasta devine „ignifugă”. Conductivitatea termică a apei este de 24 de ori mai mare decât a aerului. Aceasta înseamnă că apa conduce căldura de 24 de ori mai repede decât aerul. Până când apa se evaporă în interiorul balonului, acesta nu va sparge.
scopul lucrării
Asimilarea și consolidarea materialului teoretic pe secțiunea de transfer de căldură „Conductivitatea termică”, stăpânirea metodei de determinare experimentală a coeficientului de conductivitate termică; obtinerea deprinderilor de masurare, analiza rezultatelor.
1. Determinați experimental coeficientul de conductivitate termică a materialului termoizolant.
2. Notaţi valoarea tabelară a coeficientului de conductivitate termică a materialului studiat.
3. Calculați eroarea valorii coeficientului de conductivitate termică găsită în experiment în raport cu tabelul.
4. Faceți o concluzie asupra lucrării.
INSTRUCȚIUNI
Atunci când se efectuează calcule tehnice, este necesar să se aibă valorile coeficienților de conductivitate termică a diferitelor materiale.
Coeficientul de conductivitate termică caracterizează capacitatea unui material de a conduce căldura. Valoarea numerică l materiale solide, în special izolatoarele termice, de regulă, este determinată empiric.
Semnificația fizică a coeficientului de conductivitate termică este determinată din ecuația Fourier scrisă pentru fluxul de căldură specific
g = –l grad t. (unu)
Există mai multe metode pentru determinarea experimentală a valorii lui l, bazate pe teoria unui regim termic staționar sau nestaționar.
Ecuația diferențială a fluxului de căldură Q, W, la conductivitate termică staționară poate fi scrisă sub forma
Q = - lF grad t. (2)
Dacă luăm în considerare un cilindru cu pereți subțiri, când l / d> 8, gradientul de temperatură al câmpului de temperatură în sistemul de coordonate cilindric va fi scris sub forma
grad t = dt / dr,
și ecuația (2) din acest caz
unde d 1, d 2 - respectiv, diametrele interior și inferior ale cilindrului, m;
l - lungimea cilindrului, m;
(t 2 - t 1) = Dt este diferența de temperatură dintre temperaturile din interior și suprafata exterioara cilindru, 0 С;
l este coeficientul de conductivitate termică a materialului din care este realizat cilindrul, W / (m × 0 С);
grad t - gradient de temperatură de-a lungul normalului la suprafața de schimb de căldură, 0 С / m.
Dacă ecuația (3) se rezolvă în raport cu coeficientul de conductivitate termică l, W / (m × 0 С), atunci vom avea
l = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt). (4)
Ecuația (4) poate fi utilizată pentru a găsi experimental valoarea coeficientului de conductivitate termică a materialului din care este realizat cilindrul.
La efectuarea experimentului, este necesar să se determine valoarea fluxului de căldură Q, W și valorile (t 2 - t 1) = Dt 0 С, la debutul unui regim termic staționar.
SETARE EXPERIMENTALA
Instalația experimentală (figura) constă dintr-un cilindru 1, în cavitatea interioară a căruia este amplasat un încălzitor electric 2, puterea acestuia este reglată de un autotransformator (comutator basculant) 3 și este determinată de citirile unui ampermetru 4 și ale unui voltmetru. 5. Temperatura suprafețelor interioare și exterioare ale cilindrului se măsoară cu ajutorul termocuplurilor chromel-copel 7 conectate la un contor de temperatură cu microprocesor 6. Prin diferența acestor temperaturi într-un staționar regim termic se determină coeficientul de conductivitate termică a materialului de încercare din care este realizat cilindrul.
Desen . Diagrama unui montaj experimental pentru determinarea conductivității termice a materialului cilindrului.
PROCEDURA EXPERIMENTALA
1. Porniți echipamentul rotind butonul de pe panou în poziția 1.
2. Rotiți butonul autotransformatorului (comutator) pentru a seta puterea încălzitorului setată de profesor.
3. Observând citirile contorului de temperatură, așteptați stabilirea unui regim termic staționar.
4. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabel:
Masa
| Numărul de experiență | U, B | IN ABSENTA | t 1, 0 С | t2, 0 С |
unde U, I - tensiunea și curentul în încălzitor;
t 2, t 1 - temperatura suprafețelor interioare și exterioare ale cilindrului.
PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE
1. Calculați conductivitatea termică a materialului de testat, l, W / (m × 0 С)
l eq = Q ln (d 2 / d 1) / (2plDt),
unde Q = U × I - puterea încălzitorului, W;
d 1 = 0,041 m, d 2 = 0,0565 m - diametrele interioare și exterioare ale cilindrului;
l = 0,55 m - lungimea cilindrului.
2. Notați valoarea tabelară a lui l, W / (m × 0 С).
3. Determinați eroarea l eq în raport cu valoarea de referință l,%.
D = (l echiv - l) 100/l.
ÎNTREBĂRI PENTRU AUTOINSTRUIRE
1. Condiții termice constante și instabile.
2. Câmpul de temperatură, staționar și non-staționar, câmpul staționar este tridimensional, bidimensional și unidimensional.
3. Gradient de temperatură.
4. Natura fizică a procesului de conducere a căldurii.
5. Ecuația Fourier, analiza ei.
6. Coeficient de conductivitate termică, factori care afectează valoarea coeficientului de conductivitate termică.
7. Dați valoarea numerică a coeficientului de conductivitate termică pentru unele materiale.
8. Ce materiale sunt termoizolante?
9. Notați valoarea gradientului de temperatură pentru un câmp de temperatură unidimensional în sisteme de coordonate carteziene și cilindrice.
10. Notați formulele de determinare a fluxului de căldură Q, W, pereți plani și cilindrici monostrat și multistrat.
11. Notați formulele de determinare a fluxurilor termice specifice g 1, W / m 2, g 2, W / m pentru pereții plani și cilindrici monostrat și multistrat.
LISTA BIBLIOGRAFICĂ
1. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Fundamentele transferului de căldură), Moscova: Energiya, 1977.
2. Baskakov A.P. şi altele.Ingineria termică.- M .: Energoizdat, 1991.
3. Nashchokin VB Termodinamică tehnică și transfer de căldură.- Moscova: Liceu, 1980.
4. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfer de căldură), Moscova: Energiya, 1981.