Investigarea conductivității termice a țesăturii urzeală-nap în funcție de grosimea acesteia și de compoziția fibroasă a firelor de bătătură. „Studiul conductivității termice a diferitelor tipuri de materiale textile Studiul conductivității termice

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Astăzi, problema utilizării raționale a resurselor de căldură și energie este foarte acută. În mod constant se elaborează modalități de economisire a căldurii și energiei pentru a asigura securitatea energetică pentru dezvoltarea economiei, atât pentru țară, cât și pentru fiecare familie în parte.

Casa pierde caldura prin structurile de inchidere (pereti, ferestre, acoperis, fundatie), ventilatie si canalizare. Principalele pierderi de căldură trec prin structurile de închidere - 60-90% din toate pierderile de căldură.

Calculul pierderilor de căldură la domiciliu este necesar, cel puțin, pentru a alege centrala potrivită. De asemenea, puteți estima câți bani vor fi cheltuiți pentru încălzire în casa planificată. De asemenea, datorită calculelor, se poate analiza eficiența financiară a izolației, i.e. pentru a înțelege dacă costul instalării izolației va fi recompensat cu economia de combustibil pe durata de viață a izolației.

Conceptul de conductivitate termică a materialelor este studiat la școală în clasa a VIII-a. Conductivitatea termică este procesul de transfer de energie de la o parte caldă a unui material la o parte rece a acestui material (adică molecule).

Am decis să investigăm conductivitatea termică a diferitelor substanțe și materiale și, de asemenea, să stabilim care materiale de izolație moderne sunt cele mai eficiente.

Astfel, am definit tema lucrării noastre.

Subiect: Investigarea conductivității termice a diferitelor substanțe.

Scopul studiului:

Determinați difuzivitatea termică a diferitelor substanțe și identificați cei mai buni izolatori termici din materialele moderne de izolație a clădirilor.

Metode de cercetare:

• Teoretic (studiu de literatură, site-uri de internet, decrete ale președintelui Federației Ruse etc.).

  Empiric (măsurarea temperaturii, timpului).

  Matematic (calcularea coeficientului, determinarea prețurilor încălzitoarelor)

Obiectul de studiu: Diverse substanțe și materiale termoizolante de construcție.

Subiect de studiu: Conductibilitatea termică a substanțelor.

Ipoteză:

Dacă temperatura unei substanțe se modifică nesemnificativ într-o anumită perioadă de timp, atunci această substanță are o conductivitate termică slabă, adică reține bine căldura.

Izolatoarele termice eficiente au o difuzivitate termică scăzută.

2. Partea principală.

În condițiile moderne de creștere a prețurilor la combustibil, abordările privind protecția termică a clădirilor s-au schimbat, de asemenea, iar cerințele pentru materialele de construcție au crescut. Orice casa are nevoie de izolare termica si sistem de incalzire. Prin urmare, atunci când se calculează ingineria termică a structurilor de închidere, este important să se calculeze indicele de conductivitate termică.

Conductivitate termică- aceasta este o proprietate fizică a unui material, în care energia termică din interiorul corpului trece din partea cea mai fierbinte în cea mai rece. Valoarea indicelui de conductivitate termică arată gradul de pierdere de căldură în spațiile de locuit.

Coeficient de conductivitate termică - este o parametru fizic substanță și depinde în general de temperatură, presiune și tipul de substanță. În cele mai multe cazuri, coeficientul de conductivitate termică pentru diferite materiale este determinat experimental folosind metode diferite... Cele mai multe dintre ele se bazează pe măsurarea fluxului de căldură și a schimbărilor de temperatură în substanța de testat.

Într-un cadru școlar, este dificil să se determine energia care trece prin suprafață. Prin urmare, în munca noastră, am decis să determinăm nu energia, ci schimbarea temperaturii pe unitatea de timp. Acest coeficient se numește coeficient de difuzivitate termică.

Difuzivitate termică(a) - servește ca măsură a ratei cu care un mediu poros transferă o schimbare a temperaturii de la un punct la altul pe unitatea de timp.

Pentru a determina coeficientul, am asamblat o configurație simplă, un trepied, un suport și un termometru, un suport pentru o probă, o lampă cu incandescență de 100 W ca sursă de încălzire.

2.1. Investigarea conductivității termice a gazelor.

Ţintă: Determinarea coeficientului de difuzivitate termică a gazelor.

După cum știți, gazele sunt conductoare rele de căldură. Datorită distanței mari dintre molecule, energia trece de la moleculă la moleculă pentru o perioadă lungă de timp, adică timpul de schimbare a temperaturii va fi lung.

Condiții experimentale: am luat o eprubetă, am încălzit aerul din eprubetă cu o lampă incandescentă de jos și am măsurat temperatura din eprubetă cu un termometru. Temperatura inițială a termometrului este de 20 ° C.

Temperatura din jurul lămpii este de 65 ° C.

Concluzie: Aerul nu conduce bine căldura, acest lucru este dovedit de coeficientul de difuzivitate termică calculat = 0,8 ° C / min.

Dacă lăsăm mici goluri de aer între materialele de finisare ale pereților, podelelor etc., atunci reducem pierderile de energie.

2. 2 Investigarea conductibilitatii termice a unui lichid.

Ţintă: Studiul conductivității termice a diferitelor lichide și determinarea difuzivității termice a acestora.

Condiții experimentale: am turnat apă, ulei de floarea soarelui și alcool într-o eprubetă, am încălzit-o de jos cu o lampă incandescentă și am măsurat temperatura în eprubetă cu un termometru.

Factori externi care influenţează datele experimentale: temperatura ambiantă.

Temperatura inițială a termometrului este de 16 ° C, temperatura din jurul lămpii este de 65 ° C.

Concluzie: Apa are cea mai mare capacitate termică dintre aceste lichide, adică. consumă multă energie atunci când este încălzit. Așa se explică rezultatele experimentului: apa se încălzește mai lent decât uleiul și alcoolul, prin urmare difuzivitatea sa termică medie este cea mai mică și este egală cu 2,6 ° C / min, pentru ulei 3,7 ° C / min, pentru alcool 5,1 ° C / min.

Cel mai bun conductor de căldură este alcoolul, care are cea mai mare difuzivitate termică.

Apa este cel mai bun izolator termic.

1. Investigarea conductivității termice a solidelor.

Aerul și apa nu transmit bine căldura, adică. este o bună protecție termică. Cunoaștem exemple: pâine de iarnă sub zăpadă, o haină de blană, geamuri termopan cu mai multe camere etc. Dar pentru izolarea termică a caselor, apartamentele folosesc solide.

Este vorba de substanțe solide - izolație care ajută la menținerea căldurii în casă.

2.3.1. Determinarea difuzivitatii termice tipuri diferite sticla si alte materiale.

Am investigat conductivitatea termică a materialelor care sunt cel mai frecvent utilizate în construcții.

Concluzie: Cel mai mic coeficient de difuzivitate termică al celor trei tipuri de sticlă are, conform datelor noastre, sticla simplă. Este o sticlă simplă care se folosește la geamurile termopan în scopul izolației termice.

Materialele de construcție populare pentru decorarea pereților și a podelei - gips-carton și laminat au un coeficient de difuzivitate termică scăzut de 1,4 ° C / min și 1,2 ° C / min, așa că nu este o coincidență că sunt lideri în termoizolație dintre toate materialele solide investigate. .

Fierul galvanizat are un coeficient de difuzivitate termică = 1,0, ceea ce înseamnă că atunci când acoperim acoperișurile cu acest material, putem reduce semnificativ pierderile de căldură din casă.

2.3.2 Determinarea coeficientului de difuzivitate termică a diverselor materiale de construcții.

Pentru a efectua această cercetare, am mers la magazinul de materiale de construcție Alex-Stroy. Am primit cu amabilitate mostre de materiale termoizolante moderne: vata minerala, vata de sticla, fibra de iuta, Isolone, Penoplex si Jermaflex.

Am decis să determinăm cel mai bun izolator termic combinând aceste mostre cu gips-carton, care este folosit pentru a nivela pereții camerelor. Combinând gips-carton cu izolația, puteți obține o protecție termică eficientă a casei dvs.

Iniţială t termometru = 16 ° C, t lângă lampă = 65 ° C.

Concluzie: Din datele din tabel se poate observa că încălzitoarele de construcție reduc semnificativ difuzivitatea termică. Cel mai mic coeficient de difuzivitate termică de 1,0 ° C / min are o combinație de gips-carton cu vată minerală sau plastic spumă 1,1 ° C / min. Astfel, cea mai eficientă protecție termică a pereților incintei va fi izolarea cu vată minerală sau spumă.

2.3.3 Determinarea celui mai profitabil izolator termic la un preț pe 1 mp.

Concluzie: Cel mai avantajos din punct de vedere al prețului este un izolator termic - ..., dar ținând cont de eficiența izolației termice, este mai bine să alegeți ...

3. Concluzie.

Conductivitatea termică a diferitelor substanțe - acest subiect, pe care îl studiem în clasa a 8-a, are aplicații practice importante.

Cu prețurile uriașe pentru încălzire, toată lumea începe să se gândească la cum să se țină cald în casă.

Pentru a evalua nivelul de izolare termică a materialelor, am introdus o nouă valoare - difuzivitatea termică, care a fost calculată prin măsurarea timpului și a temperaturii cu un cronometru și un termometru.

După ce am calculat coeficientul de difuzivitate termică, am stabilit că cei mai buni izolatori termici sunt aerul și apa. Dar materiale solide sunt folosite pentru a izola casele. Producția modernă oferă o varietate de materiale de izolare. Am selectat doar izolatoare termice obișnuite în magazinul de materiale de construcție Alex-Stroy. Dintre acestea, am stabilit că cel mai bun izolator termic este gips-cartonul și laminatul, și chiar mai bine în combinație cu vată minerală, Isolone sau Penoplex.

Ipoteza noastră că cei mai buni izolatori termici au o difuzivitate termică scăzută a fost confirmată.

Astfel, relevanța subiectului ținerii calde în casă ne-a condus la concluzii importante pe care le putem folosi în viață. Ne-am asigurat ca costul izolatiei materialelor de constructii sa fie platit in scurt timp prin caldura si confortul din locuintele noastre.

4. Lista referințelor.

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

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

Conductivitate termică - performanța straturilor de izolare termică. Pe lângă salvarea metalului de bază, aceste acoperiri fac posibilă reducerea pierderilor de căldură și protejarea metalului de bază de efectele fluxului de căldură.

Au devenit larg răspândite metodele staționare de determinare a conductibilității termice, în care, deși diferite, dar neschimbate în procesul de cercetare, temperaturile în anumite puncte ale acoperirii sunt menținute cu direcția de stratificare a acestuia perpendiculară pe fluxul de căldură care trece.

Aceste metode sunt împărțite în absolute și relative. În metodele din primul grup, temperatura oricărui punct al acoperirii depinde numai de poziția sa, dar nu de timp. Cunoscând distribuția temperaturii în acoperire și cantitatea de căldură transferată, este posibil să se calculeze conductivitatea termică.

În metodele relative, câmpurile de temperatură din stratul de testare sunt comparate cu un material de referință studiat anterior, de exemplu, sticla de cuarț marca KB.

Conductivitatea termică nu este evaluată direct, ci este determinată prin recalculare, comparativ cu standardul.

Orez. 2.6.1. Instalație pentru determinarea conductivității termice a acoperirilor prin metoda absolută:

1 - încălzitoare; 2 - probă; 3 - cuptor electric; 4 - potențiometru KSP4; 5 - bloc de relee BR101; 6 - bloc de sarcini BZ-02; 7 - contraprobă; 8 - termos; 9 - pahar interior al termosului

Instalația pentru evaluarea conductibilității termice folosind metoda absolută staționară este prezentată în Fig. 2.6.1.

Pentru a crea un flux de căldură în sistemul de metal de bază-acoperire-contra-probă, se folosește un cuptor electric tubular, în care încălzitoarele (spirale) sunt amplasate astfel încât proba să fie încălzită numai în jumătatea superioară a cuptorului, unde sunt amplasate încălzitoare spiralate, în timp ce în jumătatea inferioară există izolație cu azbest și convertoare termice pentru măsurarea temperaturii probei pe lungimea acesteia.

Termosul necesar pentru răcirea contra-probă și determinarea fluxului de căldură care a trecut prin acoperire este format din două geamuri termoizolante.

Apa este furnizată în geamul interior.

Temperatura apei la intrarea și la ieșirea termosului poate fi măsurată cu termocupluri de cupru-constantan. Pentru a asigura un contact suficient al suprafețelor extreme de lucru ale contra-probă și eșantion, se aplică o forță asupra acesteia din urmă R nu mai puțin de 500 N.

Conductivitatea termică se determină pe cel puțin trei probe de aceeași dimensiune, cu o structură identică și aceeași grosime de acoperire, care se aplică în același mod tehnologic pe suprafața de capăt a probei (Fig. 2.6.2).



Orez. 2.6.2 Piesă de încercare pentru testul de conductivitate termică

Pentru fiecare probă, în fiecare punct, se determină cel puțin trei temperaturi la fiecare 20 de minute.

Simultan, se înregistrează temperatura apei la intrare și la ieșire.

După ce a asigurat încălzirea necesară a probei și staționaritatea fluxului de căldură, este posibil să se efectueze citiri ale tuturor convertoarelor termice.

Pentru fiecare probă, în fiecare punct, se determină cel puțin trei temperaturi la fiecare 20 de minute. Simultan, se înregistrează temperatura apei la intrare și la ieșire.



Orez. 2.6.3 Distribuția temperaturii în sistemul de metal de bază-acoperire-contra-proba de-a lungul lungimii:

1 - contraprobă; 2 - locuri de instalare a convertoarelor termice; 3 - Metal de baza; 4 - strat

Pe baza rezultatelor cercetării se construiește un grafic al distribuției temperaturii în sistemul metal de bază - acoperire - contraprobă (Fig. 2.6.3). Conform graficului, temperatura de pe suprafețele interioare și exterioare ale acoperirii este determinată prin extrapolare. Conductivitate termică, W / (m-K) se calculează prin formula:



Unde Q - fluxul de căldură care trece prin acoperire, W; c= 4,19 - - capacitatea termică specifică a apei, J/(kgK); V - debitul masic al apei care trece printr-un termos, kg / s; - creșterea temperaturii apei din termos, ° С; - temperatura apei la intrarea și la ieșirea termosului, ° С; S - suprafata de acoperire, m2; - temperatura pe suprafețele interioare și exterioare ale acoperirii, ° С.

Alte instalații sunt cunoscute pentru evaluarea conductibilității termice prin metoda absolută. Deci, V.M.Ivanov cu sotr. Am investigat proprietățile termofizice ale acoperirilor cu plasmă de oxid de aluminiu și dioxid de zirconiu separate de metalul de bază folosind configurația prezentată în Fig. 2.6.4. A fost instalată o probă sub formă de cilindru de 100 mm lungime cu o grosime a peretelui de 1 mm, astfel încât un capăt al acestuia să fie încălzit de la încălzitoarele electrice superioare, iar celălalt să fie în topitura eutectică. Un dispozitiv de securitate, ecrane, izolație din fibră de siliciu, capacitatea de a măsura fluxul de căldură pe o lungime relativ mare - toate acestea au eliminat inexactitatea îndeplinirii condițiilor de staționaritate. Gradientul de temperatură a fost determinat de convertoare termice.



Orez. 2.6.4 Instalație pentru măsurarea conductibilității termice a acoperirilor prin metoda absolută pe probe cilindrice:

1 - proba de testare; 2 - dispozitiv de securitate; 3 - ecrane; 4- încălzitoare; 5- topitură eutectică; 6- izolație termică; 7-termocuplu

În lucrarea lui T.B. Buzovkin și colab. conductivitatea termică a acoperirilor a fost determinată folosind metode de măsurare relative. Simplificarea a fost realizată prin compararea câmpurilor de temperatură din straturile studiate și cele de referință. Un material studiat anterior a fost ales ca standard. Fluxul total de căldură a fost măsurat din proba de referință. La evaluarea conductivității termice a acoperirilor, a fost folosit ca referință cuarțul topit cu o conductivitate termică determinată în mod multiplu. Este foarte stabil și poate funcționa într-un interval de temperatură de la 100 la 1700 K.

În configurația experimentală (Fig. 2.6.5), o probă de disc de 3--4 mm grosime și 23--25 mm în diametru a fost plasată între standardele de cuarț topit.



Orez. 2.6.5 Instalatie pentru masurarea conductibilitatii termice prin metoda relativa:

1 - probă; 2 - standarde (cuarț topit); 3 - convertoare termice; 4 - tije de silit; 5- frigider; 6- capac; 7- marfa; 8- inele

Proba a fost realizată dintr-o acoperire separată de metalul de bază prin măcinare pe ambele părți. Conductivitatea termică a fost măsurată în condiții de încălzire radiantă din tijele de silit. Pentru a reduce disiparea radială a căldurii, sistemul eșantionului și discurilor de cuarț a fost înconjurat de trei inele concentrice de protecție din azbociment și o umplutură cu nisip de cuarț. Scăderile de temperatură în regimul de echilibru au fost înregistrate cu patru termocupluri platină-platină-rodiu. Un sistem de probă și termocupluri a fost plasat pe un frigider de cupru și apăsat împotriva acestuia cu o greutate pentru a reduce rezistența de contact dintre probă, standarde și termocupluri. Izolație termică a asigurat o discrepanță între valorile fluxurilor de căldură prin prima și a doua probă de referință de cel mult 4%. Pentru intervalul 200--900 ° C, a fost construită o curbă a dependenței conductivității termice de temperatură și a fost analizat efectul microfisurilor, pete de contact între particule, dimensiunile particulelor și alți parametri structurali asupra conductivității termice, folosind un computer.

acoperire de duritate rockwell

Khairullin A, Salimov I

Materialul conferinţei ştiinţifico-practice

Descarca:

Previzualizare:

CERCETAREA CONDUCTIVITĂȚII TERMICE A MATERIALELOR DE CONSTRUCȚII ȘI REZISTENTĂ LA FOC A LOR

Cercetare

1. Introducere ………………………………………………………………………………… ... 3
2. Partea teoretică …………………………………………………… .... 3-12

2.1 Proprietăţile fizice ale materialelor ……………………………………… .3-5

2.2 Conceptul de conductivitate termică și izolație termică ……………………… ..6-7

1. Transferul de căldură în construcții ……………………………………… ..8-9

2.4 Clasificarea materialelor termoizolante …………………… 10-11

2.5 Proprietățile de izolare termică ale materialelor …………………………… .11-12

3.Partea practică. Materiale și metode de cercetare …………… ..12-13

4. Rezistenta la foc a materialelor …………………………………………… .... 14

5. Concluzii și concluzii ………………………………………………………… ..15

6.Literatura …………………………………………………………………… ..15

Relevanța muncii:din cauza necesității urgente de a studia proprietățile materialelor de construcție și de a studia rezistența lor la foc.

Problemă:

Cum să-ți faci casa caldă, ecologică și ignifugă?

Scopul Această lucrare este un studiu al conductivității termice a materialelor de construcție naturale și artificiale și al rezistenței lor la foc.

Pentru atingerea acestui obiectiv au fost identificate următoarele sarcini:

1. Studiați literatura de specialitate pe tema conductibilității termice și a izolației termice.
2. Să stăpânească metodologia de cercetare pentru determinarea conductibilității termice a materialelor.
3. Pentru a cuantifica proprietățile conductoare ale probelor ca raport dintre schimbarea temperaturii și timpul în care a avut loc această schimbare.
4. Comparați valorile experimentale și tabelate ale conductivității termice a materialelor.

6. Explorează Siguranța privind incendiile materiale de construcții.

1. Introducere

Pe vreme rece, ploioasă, cu vânt, ne străduim mereu să ne întoarcem casă caldă unde poți, scoțându-ți haina, simți-te cald și confortabil. Pereții exteriori, ferestrele, acoperișul ne protejează casa de temperaturi scăzute, vânturi puternice, precipitații sub formă de ploaie și zăpadă și alte influențe atmosferice. În același timp, ele împiedică pătrunderea căldurii din spatiu interior spre exterior datorită rezistenței sale la transferul de căldură.

Din ce să construiești o casă? Pereții săi trebuie să ofere un microclimat sănătos, fără exces de umiditate, mucegai și frig. Depinde de proprietățile lor fizice și mecanice.

Pe parcursul secolului XX, în lume s-au produs tot atâtea materiale ca în întreg mileniul precedent. Cercetarea științifică a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a proprietăților optice, chimice, termice și de altă natură ale materialelor deja cunoscute și crearea a mii de altele noi pe care natura nu le cunoștea.

Boom-ul construcțiilor din Rusia în secolul 21 a generat o cerere de materiale și structuri termoizolante. În plus, la începutul anului 2000, au intrat în vigoare noi cerințe de protecție termică a anvelopelor clădirilor. Izolarea clădirilor cu materiale moderne de construcție poate reduce semnificativ pierderile de căldură. Desigur, cel mai bine este să construiți din materiale care au conductivitate termică scăzută.

2. Partea teoretică.

2.1 Proprietăţile fizice ale materialelor.

Densitate - o valoare măsurată prin raportul dintre masa substanței și volumul ocupat.

Umiditate - fracția masică a apei din material, exprimată în procente.

Pentru a determina conținutul de umiditate, proba este cântărită mai întâi în stare umedă și apoi în stare absolut uscată. Uscați materialul până când umiditatea este complet îndepărtată în condiții de laborator (într-un dulap de uscare) la o temperatură de 110 ° C. Materialul, a cărui umiditate este egală cu 0, se numește absolut uscat, dacă „umiditatea aerului ambiental este egală, este uscat la aer.

permeabilitatea apei,adică capacitatea unui material de a trece apa sub presiune este măsurată prin cantitatea de apă care a trecut prin 1 cm 2 suprafața materialului timp de 1 oră la presiune constantă. Materialele deosebit de dense (bitum, sticlă, oțel etc.), precum și materialele destul de dense cu pori mici (beton special) sunt practic impermeabile, restul sunt permeabile la apă.

Rezistenta la inghet- capacitatea unui material în stare saturată de apă de a rezista la înghețurile și dezghețurile repetate și „alternante. Materialul este considerat rezistent la îngheț dacă după testare nu prezintă ciobiri, crăpături, delaminare, scădere în greutate mai mare de 5% și rezistență de peste 25%.

Conductivitate termică- capacitatea unui material de a transfera căldură de la o suprafață la alta. 1 joule (J) este luat ca unitate a cantității de căldură. Pe măsură ce umiditatea și densitatea materialului cresc, conductivitatea lui termică crește.

Capacitate termica - cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp cu 1 kelvin "(K).

Proprietățile mecanice ale materialelor.

Putere - proprietatea unui material de a rezista distrugerii sub stres sau alți factori. Rezistența finală este solicitarea condiționată corespunzătoare celei mai mari sarcini care precede ruperea unei probe de material. Rezistența finală este determinată prin încărcarea probelor de material până la eșec pe prese sau mașini de încercare la tracțiune. Materialele fragile sunt testate în principal la compresie, materialele plastice în tensiune.

Multe materiale de construcție se caracterizează prin conditii tehnice așa-numitele grade, care coincid ca mărime cu rezistența finală (la compresie). De exemplu, betonul greu este de gradele (M) 100, 150, 200, 300, 400, 500 și 600 cărămidă-50, 75, 100, 125, 150 etc.

Duritate - capacitatea unui material de a rezista la pătrunderea altuia, mai mult solid... Duritatea unui material nu corespunde întotdeauna rezistenței sale. Materialele cu rezistențe finale diferite pot avea aceeași duritate. Există mai multe moduri de a determina duritatea unui material. De exemplu, duritatea omogenului materiale de piatră determinată pe o scară specială compusă din zece minerale, care sunt dispuse în funcţie de gradul de creştere a durităţii. Materialul de testat este zgâriat cu minerale pe scară, rezultatele sunt comparate cu standardul. O bilă de oțel este presată în metal, beton și lemn cu o anumită sarcină. Duritatea materialului este determinată de adâncimea adâncirii sau diametrul adânciturii.

Elasticitate - proprietatea unui material de a-si schimba forma sub actiunea unei sarcini si de a-l reface dupa indepartarea sarcinii. Restaurarea formei originale poate fi completă sau parțială. Dacă refacerea formei este incompletă, atunci există așa-numitele deformații permanente în material. Limita elastică este solicitarea la care deformațiile permanente ating pentru prima dată valoarea specificată în condițiile tehnice pentru un material dat.

Fragilitate - proprietatea unui material de a se prăbuși sub presiune mecanică fără deformare plastică vizibilă. Materialele fragile includ fontă, beton, cărămidă. Ele sunt ușor distruse la impact și nu rezistă la solicitări locale mari (se formează fisuri în ele), prin urmare nu sunt utilizate pentru construirea de structuri supuse forțelor de tracțiune și încovoiere.

Proprietăți de pericol de incendiu ale materialelor.

Inflamabilitate - capacitatea materialului de a arde sau de a nu arde sub influența focului. În funcție de inflamabilitate, materialele se împart în necombustibile (incombustibile), greu combustibile (greu combustibile) și combustibile (combustibile). Materialele incombustibile sunt materiale care nu arde, mocnesc sau carbon atunci când sunt expuse la foc sau temperatura ridicata... Dacă, sub influența focului sau a temperaturii ridicate, materialele sau structurile se aprind, mocnesc sau mocnesc și continuă să ardă sau să mocnească numai în prezența unei surse de aprindere, iar după îndepărtarea acesteia încetează arderea sau „procesul de ardere mocnită, acestea sunt clasificate ca fiind greu combustibil.Materiale combustibile sub influența focului sau a temperaturii ridicate se aprind și continuă să ardă sau să mocnească după îndepărtarea sursei de aprindere.

Toate materialele de construcție de origine anorganică sunt clasificate ca necombustibile, iar materialele organice sunt clasificate ca combustibile.

2.2 Conceptul de conductivitate termică și izolație termică.

Transfer de căldură sau schimb de căldurănumită, tranziția energiei interne de la un corp la altul ca urmare a contactului termic (contact) fără a lucra

Conductivitate termică- unul dintre tipurile de transfer de căldură (energie de mișcare termică a microparticulelor) din părțile mai încălzite ale corpului către cele mai puțin încălzite, ducând la egalizarea temperaturii corpului.

Prin acest tip de schimb de căldură, căldura este transferată prin peretele casei către timp de iarna... Deoarece temperatura din interiorul casei este mai mare decât cea din exterior, cea mai intensă mișcare de vibrație termică este produsă de particulele care formează suprafața interioară a peretelui. Ciocnind cu particulele stratului mai rece vecin, acestea le transferă o parte din energie, drept urmare mișcarea particulelor acestui strat, rămânând oscilatoare, devine mai intensă. Astfel, de la strat la strat crește intensitatea oscilațiilor particulelor și, în consecință, energia lor internă. Astfel, cu conductivitatea termică, transferul de energie în organism se realizează ca urmare a transferului direct de energie de la particulele (molecule, atomi, electroni) cu energie mai mare către particulele cu energie mai mică.

Cu ajutorul conductibilității termice, căldura poate fi transferată în corpuri solide, lichide și gazoase. Metalele au cea mai mare conductivitate termică. Acest lucru se explică prin faptul că aici purtătorii de energie internă, pe lângă molecule, sunt electroni liberi. Lemnul, sticla, țesuturile animale și vegetale conduc căldura mai rău; lichidele au o conductivitate termică și mai mică

(cu exceptia metale lichide de exemplu mercur): și gaze. Deci, aerul conduce căldura de mii de ori mai rău decât fierul.Este foarte important să cunoaștem conductivitatea termică a materialelor utilizate în construcția așa-numitului anvelopă al clădirii.

(adică pereți exteriori, etaje superioare, pline la etajul inferior) și în special materiale termoizolante concepute pentru a reține căldura în încăperi și instalații de încălzire.

Reglarea transferului de căldură este una dintre sarcinile principale echipament de constructie... În sezonul rece, căldura este pierdută de încăpere din cauza conductibilității termice a pereților și a infiltrațiilor de aer prin aceștia și pleacă împreună cu aerul încălzit prin canalele și fantele de ventilație. Astfel încât temperatura în locuințe și spatii industriale corespunde condițiilor normale de viață și activitate umană, este necesar să se reducă aceste pierderi. În acest scop, pereții caselor sunt realizate din materiale cu conductivitate termică scăzută - naturale (lemn, stuf, diverse tipuri de turbă, piatră ponce, plută) sau artificiale (cărămidă, beton, spumă etc.). Proprietățile de izolare termică ale acestor materiale sunt diferite.

Construcțiile cu cadru sunt acum larg răspândite, a căror construcție necesită mult mai puține materiale decât pentru clădirile de alte tipuri. Baza construcției cadru este un cadru metalic sau din beton armat, care joacă același rol în clădire pe care îl joacă scheletul în corpul animalelor: percepe sarcina. Pereții din materiale poroase termoizolante sunt întăriți pe cadru. Porii unor astfel de materiale sunt umpluți cu aer, astfel încât au o greutate relativ mică și conduc slab căldura, deoarece conductivitatea termică a aerului este foarte scăzută, iar convecția aerului în materialele poroase este imposibilă.

La fabricarea materialelor termoizolante, bulele de aer sunt introduse în masa pregătită. Pentru a face acest lucru, bateți-l sau adăugați spumă specială sau substanțe care, intrând într-o reacție chimică cu amestecul preparat, eliberează bule de gaz. Unele materiale de construcție poroase termoizolante sunt produse termic. De exemplu, în producția de sticlă spumă, pulberea de sticlă este amestecată cu o cantitate mică de calcar mărunțit, turnată în forme metalice și încălzită. La o temperatură de 550-600 ° C, pulberea de sticlă se topește, formând o masă solidă. Când temperatura atinge 750-780 ° C, începe descompunerea calcarului, din care se eliberează gaze. Umflați masa topită, îi dau porozitate. După solidificare, se formează un material care păstrează toate proprietățile sticlei obișnuite: incombustibilitate, rezistență la umiditate și acizi etc. În același timp, acest material are noi calități remarcabile: este durabil, ușor de prelucrat - tăiat, rindeluit, nu crapă atunci când unghiile sunt bătute în el. Utilizarea materialelor termoizolante în construcțiile industriale și civile nu numai că o reduce, dar mărește și suprafața utilă a incintei, crește rezistența la foc și izolarea fonică a acestora.

2.3 Transferul de căldură în construcții.

Acoperișurile, pereții și ferestrele sunt numite anvelope exterioare ale clădirii datorită faptului că protejează locuința de tot felul de influențe atmosferice. temperaturi scăzute, radiații solare, umiditate, vânt. Odată cu formarea unei diferențe de temperatură între suprafețele interioare și exterioare ale gardului, apare un flux de căldură în materialul gardului, care este îndreptat spre scăderea temperaturii. În acest moment, gardul are mai mult sau mai puțină rezistență R 0 flux de caldura. Constructii cu rezistenta termica mai mare, protectie termica mai buna. Proprietățile de protecție termică ale peretelui vor depinde de grosimea acestuia și de coeficientul de conductivitate termică a materialului din care este construit. Dacă peretele este format din mai multe straturi (de exemplu, cărămidă-izolație-cărămidă), rezistența sa termică va depinde de grosimea și conductivitatea termică a materialului fiecăruia dintre straturi. Proprietățile de protecție termică ale structurilor de închidere depind în mare măsură de conținutul de umiditate al materialului. Aproape toate materialele de construcție conțin pori mici, care sunt umpluți cu aer atunci când sunt uscate. Odată cu creșterea umidității, porii sunt umpluți cu umiditate, a cărei conductivitate termică este de 20 de ori mai mare decât cea a aerului, ceea ce duce la o scădere bruscă a caracteristicilor de izolare termică atât a materialelor, cât și a structurilor. În acest sens, în procesul de proiectare și construcție, va fi necesar să se prevadă măsuri care să împiedice umezirea structurilor cu precipitații atmosferice, ape subterane și umiditate rezultată din condensarea vaporilor de apă. În timpul funcționării caselor, din cauza efectului mediului intern și extern asupra structurilor de împrejmuire, materialele nu sunt în stare absolut uscată, dar diferă oarecum umiditate crescută... Acest lucru duce inevitabil la o creștere a conductibilității termice a materialelor, precum și la o scădere a capacității lor de izolare termică. De aceea, atunci când se evaluează caracteristicile de ecranare termică ale structurilor, este important să se utilizeze valoarea reală a coeficientului de conductivitate termică în condiții de funcționare și nu în stare uscată. Conținutul de umiditate al aerului cald din interior este mai mare decât cel al aerului rece exterior și, ca urmare, difuzia vaporilor de apă prin grosimea gardului provine întotdeauna din cameră caldă in frig. Dacă, pe exteriorul gardului, plasați un material dens care nu permite vaporilor de apă să treacă bine, atunci o parte din umiditate, neputând ieși, va începe să se acumuleze în grosimea structurii. Și dacă pe suprafața exterioară se află un material care nu interferează cu difuzia vaporilor de apă, atunci toată umezeala va fi îndepărtată destul de liber din gard.

Chiar și în faza de proiectare a casei, este necesar să se țină cont de faptul că pereții cu un singur strat de 400-650 mm grosime din cărămidă, blocuri mici de beton celular (sau beton de argilă expandată) sau pietre ceramice oferă un grad relativ scăzut. nivelul de protecție termică (de aproximativ 3 ori mai mic decât este necesar). Elevat caracteristici de izolare termică care îndeplinesc cerințele moderne, au structuri de închidere cu trei straturi. Ele constau din pereți interiori și exteriori din cărămizi sau blocuri, între care se află un strat de material termoizolant. Pereții exteriori și interiori legați legături flexibile sub formă de bare sau cadre de armare, așezate în îmbinări orizontale ale zidăriei, conferă rezistență structurii, iar stratul interior (izolant) asigură parametrii necesari de protecție termică. Grosimea stratului izolator se alege in functie de conditiile climatice si de tipul de izolatie. Datorită eterogenității structurii unui perete cu trei straturi și utilizării materialelor cu diferite protecție termică și caracteristicile barierei de vaporiÎn structură se poate forma condens. Prezența acestuia din urmă reduce semnificativ proprietățile de izolare termică ale gardului. Din acest motiv, la ridicarea pereților cu trei straturi, este necesar să se asigure protecția lor împotriva umidității. Recent, au fost adoptate noi reglementări privind conservarea căldurii. Tocmai de aceea izolarea termică a clădirilor rezidențiale devine una dintre cele mai importante probleme în construcții de astăzi. Problema izolației termice este deosebit de acută în construcția de cabane și cabane de vară, deoarece, făcută corect, poate reduce costurile de încălzire de 3 sau chiar de 4 ori.

Figura prezintă un exemplu de distribuție a pierderilor de căldură prin diverse elemente structurale case cu suprafata de 120 m 2

2.4 Clasificarea materialelor termoizolante.

Toate materialele termoizolante sunt împărțite în mai multe grupuri mari:

• vata minerala;
• vată de sticlă și fibră de sticlă;
• polimeri umpluți cu gaz - polistiren: spumă poliuretanică și poliuretanică, spumă de polistiren și polistiren, polietilenă, spumă fenolică, poliester;
• termoizolații din materiale naturale și produse de prelucrare a acestora: plută, hârtie, blocuri de turbă etc.;
• termoizolație pe bază de cauciuc sintetic;
• izolație termică din deșeurile de producție de siliciu;
• panouri si structuri termoizolante;
• beton modificat: beton polistiren, beton celular (beton spumos).

Desigur, cel mai bine este să construiți din materiale care au proprietăți de izolare termică suficient de ridicate.

Și totuși, problema izolației termice a unei cabane din cărămidă, care este încă în construcție, sau a unei case care a fost deja construită cu mult timp în urmă, apare mult mai des. Desigur, materialele termoizolante performante sunt de cel mai mare interes. Acestea includ de obicei materiale cu o densitate medie în limita de 200 kg/m 3 și K cald mai puțin de 0,06 Wdm "K). Astfel de materiale suficient de rapid, pentru 5-10 ani de funcționare, se plătesc, permițându-vă să economisiți costurile cu energia.

Materialele de izolare sunt produse sub formă de role și covorașe moi, semirigide și rigide și plăci de diferite densități și dimensiuni.

În ultimii câțiva ani, lâna „de piatră” sau, mai precis, lâna bazaltică, a devenit din ce în ce mai populară. O astfel de vată este un material incombustibil, prietenos cu mediul, caracterizat prin proprietăți ridicate de hidrofugare, dar în același timp este permeabil la vapori. Materialele bazaltice în proprietățile lor de izolare termică sunt semnificativ superioare vatei de sticlă tradiționale, dar, din păcate, sunt mai scumpe decât aceasta din urmă. Aceste materiale aparțin grupului de materiale necombustibile. Produsele termoizolante din polimeri sau hârtie se ard la foc în 5 minute. Încălzitoarele din vată de sticlă la o temperatură de 650 ° C, care se realizează în doar 7 minute în timpul unui incendiu obișnuit în interiorul unei clădiri, se topesc și se sinterizează în bol de sticlă... Cât despre vata minerala pe bază de bazalt - nu se topește și nu își pierde forma inițială chiar și la o temperatură de 1000 ° C.

Toate materialele de izolație sunt sigure atât pentru producție, cât și pentru utilizare, în conformitate cu tehnologia de lucru recomandată.

Materialele de izolare bazaltică sunt, de asemenea, disponibile într-o varietate de dimensiuni și tipuri (rulouri, tari și moi, covorașe și plăci) pentru a fi mai raționale și mai raționale. aplicare eficientă... Coeficientul conductibilității lor termice, în funcție de densitate, variază de la 0,034 la 0,042 W / (m * K). A apărut recent pe piața rusă izolație bazaltică Se folosește pentru izolarea acoperișurilor, pardoselilor și pereților, umplerea pereților despărțitori, amenajarea podurilor, produse sub formă de plăci, produse modelate și, bineînțeles, rulouri.

Polimerii umpluți cu gaz sunt unul dintre cele mai eficiente tipuri de izolare termică. Cel mai răspândit și utilizat pe scară largă dintre ele este polistirenul (polistirenul expandat). Rezistența scăzută la căldură și combustibilitatea materialelor plastice spumate nu reprezintă un obstacol atunci când sunt utilizate în structuri laminate în combinație cu cărămidă sau beton. Polistirenul expandat este produs fie printr-o metodă fără presare.

2.5 Proprietățile de izolare termică ale materialelor.

Principalul indicator al proprietăților de izolare termică a materialului este coeficientul de conductivitate termică. Acest indicator depinde în mare măsură de conținutul de umiditate din acesta, fiecare procent din care reduce coeficientul cu 4%. În plus, iarna, umiditatea prezentă în plăcile de polistiren expandat, înghețându-se și transformându-se în gheață, în cele din urmă împarte materialul în granule individuale, iar acest lucru reduce drastic durabilitatea spumei nepresate. Spuma nepresată este produsă în mod tradițional în Rusia.

Spuma de polistiren extrudat este lipsită de aceste dezavantaje. Dispunând de o absorbție de apă foarte scăzută (sub 0,3%) datorită structurii închise a celulelor și rezistenței mecanice ridicate, panourile din spumă de polistiren extrudat pot fi folosite pentru termoizolarea exterioară, pentru termoizolarea părților subterane ale clădirilor, fundații, subsoluri. , pereți, unde utilizarea majorității celorlalte încălzitoare este pur și simplu imposibilă din cauza creșterii capilare a apei subterane.

Materiale termoizolante cu un coeficient de conductivitate termică mai mic

0,06 W / (m-K) se plătește în medie în 5-7 ani de funcționare datorită economiilor de energie.

Tabelul de mai jos prezintă coeficienții de conductivitate termică a materialelor de construcție.

Tip izolatie	Coeficient de conductivitate termică,
Caramida solida
Fibrociment	0,55
Spumă de beton fără autoclave	0,45
Nisip uscat
Lemn tare	0,25
Beton celular termoizolant	0,12
Asfalt bituminos
Ceramică	0,07
Izolație din plută	0,047
Ecowool (hârtie)	0,046
"Penoizol" (spumă)	0,04
Lână bazaltică.	0,039
Vata de sticla	0.038
Spumă de polietilenă	0,035
Izolație cu spumă Low-E	0,027
Polistiren expandat	0,027

Aceste materiale sunt impregnate cu substanțe pentru a reduce absorbția de umiditate, substanțe ignifuge pentru a face materialul incombustibil și antiseptice. Au proprietăți de izolare termică destul de bune (K t hl = 0,078 W / (m-K) și poate fi bine utilizat pentru izolarea exterioară și pereții interiori, plafoane. Materialele sunt produse sub formă de panouri sau ecowool.

3. Partea practică.

Materiale și metode de cercetare.

Studiile au fost efectuate la temperatura camerei

Studiile au fost efectuate cu ajutorul unui termometru electronic. Echipament: aragaz electric. un trepied, un dispozitiv digital combinat cu un senzor de temperatură și materiale de testare. Am urmărit schimbarea temperaturii în timp și am înregistrat-o într-un tabel, apoi am construit grafice.

În această lucrare sunt investigate proprietățile conductoare de căldură ale mai multor materiale.lemn, cărămidă, beton celular și, de asemenea, testate pentru inflamabilitatea încălzitoarelor tehno-nicol , polistiren și spumă de construcție.Panta curbelor obținute caracterizează conductivitatea termică a materialelor ca raport dintre modificarea temperaturii și timpul în care a avut loc această modificare.

27,6

23,7

21,6

24,3

Analizând graficele obținute ale creșterii temperaturii, am calculat

conductivitatea termică a materialelor ca raport dintre modificarea temperaturii și timpul în care a avut loc această schimbare

	Material	Conductivitate termică Experimental 0 C/s	Conductivitate termică Tabel W / (m * K)
	Cărămidă	0,079	0,56
	Beton celular	0,062	0,45
	Copac	0,055	0.25

Analiza graficelor și rezultatele măsurătorilor au arătat ce capacități unice de izolare termică au materiale moderne.

4.Rezistenta la foc a materialelor

Pentru construcții case moderne omul foloseste diverse materiale: caramida, beton celular, lemn si produse din acesta - PAL (PAL), placaj, etc.

Pentru finisare, finisare și finisare se folosesc materiale, inclusiv plăci de polistiren, panouri PVC și PAL, tapet, folii, plăci ceramice, fibră de sticlă, materiale polimerice, produse sintetice și din plastic etc. Materialele de finisare reprezintă o amenințare suplimentară pentru viața și sănătatea oamenilor, producând fum, emitând produse de combustie toxice și contribuind la răspândirea rapidă a flăcării.

partea experimentală

Aici am testat inflamabilitatealemn impregnat cu antiseptice de stingere a incendiilor, izolație TechnoNIKOL, polistiren și spumă de construcție.

Concluzie: Spuma de construcție se aprinde foarte bine și produce gaz asfixiant și fum negru.

Izolație TechnoNIKOL se aprinde foarte rău, s-ar putea spune că nu arde deloc.

Inflamabilitatea lemnului impregnat cu antiseptice este mult redusă.

Styrofoam arde bine și emite multă funingine.

5. Concluzie și concluzii:

Rezultatele obținute în cursul cercetării arată ce capacități unice de izolare termică au materialele moderne și conduc la concluzia că este necesară informarea și chiar promovarea materialelor moderne de construcție în rândul populației. Mai mult, materialele termoizolante de înaltă calitate sunt larg reprezentate pe piața modernă a construcțiilor. Aceste încălzitoare sunt ecologice și rezistente la foc.

Astfel de materiale sunt mai scumpe și, prin urmare, nu sunt utilizate pe scară largă în construcții. În orașul nostru, aceste materiale sunt deja folosite în construcția de clădiri noi, precum și pentru izolarea clădirilor deja ridicate. Mai mult, aceste materiale sunt folosite atât pe mari dimensiuni șantiere de construcțiiși în construcția de case particulare.

În urma cercetărilor efectuate, am ajuns la concluzia că casa noastră este departe de a fi sigură, deoarece un incendiu poate începe rapid, deoarece multe substanțe și obiecte sunt foarte inflamabile, acesta va fi însoțit de fum puternic și o concentrație mare de substanțe toxice.

Nu utilizați materiale marcate „G2”, „G3” și „T4” în casele dumneavoastră. Aceasta înseamnă că sunt foarte inflamabile și foarte toxice.

Tine minte! Materialele sintetice emit vapori foarte toxici atunci când ard.

Păstrează-ți casa curată și ordonată. Curățenia și ordinea ar trebui să fie cuvântul tău de ordine.

Regulile simple vă vor ajuta să vă faceți casa confortabilă și, cel mai important, sigură!

1. Literatură
1. Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfer de căldură. - M.:

Energoizdat, 1981. –416p.

1. Filippov L.P. Investigarea conductibilității termice a materialelor de construcție. –M .: Editura Universității de Stat din Moscova, 2000. –240 p.
2. Osipova V.A. Studiu experimental al proceselor de transfer de căldură. –M .: Energie, 2001. –318s.
3. Resurse de internet.

~ ~

Ministerul Educației din Republica Mordovia

Departamentul de Educație al Administrației Districtului Orașului Saransk

Municipal instituție educațională

„Școala secundară numărul 13”

Muncă de cercetare

sectia de fizica

„Studiul conductivității termice a diferitelor tipuri de materiale textile”

Lipașov Mihail Pavlovici

Consilier stiintific: Profesor de fizică

Palaeva Nina Pavlovna

Saransk 2015

Cuprins

Introducere.

Clima Mordoviei este moderat continentală, caracterizată prin ierni reci și geroase și veri moderat calde.

Practic, teritoriul republicii se află sub influența maselor de aer de latitudini temperate, purtate de curenții de aer dominanti din vest. Adesea, vremea este determinată de mase de aer cald care sosesc cu ciclonii sudici din Marea Neagră, Mediterană și Caspică. Relativ des republica cade sub influența maselor de aer continental uscat aduse din sud-est. Masele de aer rece invadează din Scandinavia și Marea Barents.

Temperatura medie anuală a aerului este de + 4,1 ... + 4,4 ° С. Cea mai rece lună este ianuarie: temperatura medie lunară a aerului variază de la –11,1 la –11,6 ° С. Minima absolută a fost -42 ... -47 ° С. Cea mai caldă lună este iulie. Temperatura medie a acestuia este de + 18,7 ... + 19,1 ° С. Maximul absolut a atins + 37 ... + 39 ° С, în 2010 - + 39 ... + 41 ° С, la Universitatea de Stat din Moscova - + 42 ° С.

Începutul, sfârșitul și durata anotimpurilor sunt condiționate. Ele sunt determinate pe baza datelor tranziției stabile a temperaturii medii zilnice prin 0 și +15 ° С.

Anul este împărțit în două perioade: cald și rece. Perioada caldă a anului se stabilește din momentul în care temperatura medie zilnică trece de 0 ° С până la valori pozitive... Începe în perioada 31 martie – 2 aprilie, se încheie în perioada 4–6 noiembrie și durează 217–221 de zile. Perioada rece a anului începe din momentul unei tranziții stabile a temperaturii medii zilnice a aerului de la 0 ° С la valori negative... Durează aproximativ 5 luni (144-148 zile).

Iarna predomină vremea înnorată cu înghețuri ușoare (–10 ... –15 ° С), dar în iernile foarte reci sunt perioade cu înghețuri severe. În unii ani, cu ierni calde și instabile, se observă dezghețuri cu o intensitate de până la + 4 ... + 7 ° С. Numărul de zile de dezgheț pe lună variază de la 3-4 la 7-8. La evenimente adverse perioada de iarna includ vânturi puternice și viscol, formațiuni de gheață și îngheț, ceață. Numărul mediu de zile cu ceață în perioada rece a anului variază de la 15 la 25, durata medie a acestora fiind de 72-118 ore.

Primăvara începe la sfârșitul lunii martie - începutul lunii aprilie. Precursorul său este sosirea corburilor; la începutul lunii aprilie, sosesc grauri și ciocârle. Cireșul păsărilor înflorește la mijlocul lunii mai, liliac la sfârșitul lunii. Primăvara se încheie cu trecerea temperaturii medii zilnice a aerului la +15 ° С (27-29 mai), durata primăverii este de 57-58 de zile. Evenimente adverse în primăvară sunt reveniri de vreme rece și îngheț, secetă și vânturi uscate. Acestea din urmă sunt sărbătorite anual. Semnele vântului uscat sunt umiditatea relativă mai mică de 30% la o temperatură a aerului de peste +25 ° C și un vânt de cel puțin 5 m / s.

Perioada cu o temperatură medie zilnică a aerului de +15 ° C și mai mult este considerată a fi vară, durata sa este de 91–96 de zile și se termină în 28–31 august. Evenimentele adverse vara sunt ploile abundente, grindina, furtuna, furtuna, seceta, vanturile uscate. Ploile abundente erodează stratul superior de sol fertil, transportă materialul valoros din sol în râpe, râuri și provoacă adăpostirea vegetației. Numărul mediu lunar de zile cu precipitații abundente (mai mult de 10 mm) este de 1–2, cu vânt uscat de intensitate medie - 3–8.

Toamna începe în 29 august - 1 septembrie, se termină în prima decadă a lunii noiembrie. Durata sa este de 65-69 de zile. La începutul lunii septembrie, căderea frunzelor începe lângă plop, până la mijlocul lunii septembrie - lângă mesteacăn, arțar. Regimul meteorologic toamna este instabil, precipitațiile sunt adesea mixte. Fenomene nefavorabile de toamnă: îngheț timpuriu pe suprafața solului și în aer, ceață, gheață.

Capitol eu .Prezentare de ansamblu asupra muncii

1. Justificare muncă :

La cursul de fizică pentru clasa a VIII-a mi-a trezit un interes deosebit secțiunea „Fenomene termice”. În urma acestei lucrări, mi-am dorit să aprofundez și să consolidez cunoștințele existente în această ramură a fizicii.

Am ales acest subiect pentru că am vrut să înțeleg mai în detaliu acest proces fizic.

2. Relevanţă muncă :

3. Scopul acestei lucrări: v

Sarcini de lucru:

4. Metode de cercetare: studiul literaturii de specialitate pe tema „Conductivitatea termică”, selecția țesăturilor pentru cercetare, un sistem de experimente, compararea valorilor, construirea de tabele și grafice.

5. Echipamente:

Cilindri de măsurare (pahare) 3 buc;

Material experimental (probe de țesut);

Termometre 3 buc;

Ceas;

Ruletă.

6. Fundamentarea teoretică.

Conductivitate termică - Acesta este transferul de căldură de către particulele structurale ale materiei (molecule, atomi, electroni) în cursul mișcării lor termice.Conductivitate termică -unul dintre tipurile de transfer de căldură de la părțile mai calde ale corpului către cele mai puțin încălzite, ceea ce duce la egalizarea temperaturii. Cu conductivitatea termică, transferul de energie în organism se realizează ca urmare a transferului direct de energie de la particule (molecule, atomi, electroni) cu energie mai mare către particule cu energie mai mică.Un astfel de schimb de căldură poate avea loc în orice corp cu o distribuție neuniformă a temperaturii, dar mecanismul transferului de căldură va depinde de starea de agregare a materiei. Fenomenul conductivității termice este că energia cinetică a atomilor și moleculelor, care determină temperatura unui corp, este transferată unui alt corp în timpul interacțiunii lor sau este transferată din zonele mai încălzite ale corpului în zone mai puțin încălzite.

Uneori, conductivitatea termică este numită și o evaluare cantitativă a capacității unei anumite substanțe de a conduce căldura.

Din punct de vedere istoric, s-a crezut că transmiterea este asociată cu fluxul de calorii de la un corp la altul. Cu toate acestea, experimentele ulterioare, în special, încălzirea țevilor de tun în timpul forajului, au respins realitatea existenței caloricului ca tip independent de materie. În consecință, în prezent se crede că fenomenul de conductivitate termică se datorează dorinței de a ocupa o stare mai apropiată de echilibrul termodinamic, care se exprimă în egalizarea temperaturii.

Coeficientul de conductivitate termică este cantitatea de căldură care trece prin 1 m3 de material pe unitatea de timp când diferența de temperatură pe suprafețele sale opuse este egală cu 1 grad.

Cu cât coeficientul de conductivitate termică este mai mic, cu atât proprietățile de izolare termică ale materialului sunt mai bune.

Distingeți între materiale termoizolante și termoconductoare.

7. Caracteristicile tipurilor de țesături studiate.

Țesăturile diferite pentru scopul lor au diferite proprietăți fiziceși caracteristici: rezistență, rezistență la strivire, capacitatea de a rezista la abraziune (pe diverse obiecte, pe corpul uman), contracție, tenacitate, permeabilitate la aer, permeabilitate la vapori, rezistență la apă, rezistență la căldură. Conductivitatea termică este o proprietate foarte importantă a țesăturilor de uz casnic, adică. capacitatea țesăturii de a transmite căldură. Țesăturile destinate protecției împotriva frigului trebuie să aibă o conductivitate termică minimă. De exemplu, rezistența ridicată la căldură și rezistența la apă sunt importante pentru țesăturile tehnice folosite la fabricarea îmbrăcămintei pompierilor.

Toate materialele și țesăturile au la bază fibre. Fibrele diferă unele de altele prin compoziția chimică, structură și proprietăți. Clasificarea existentă a fibrelor textile se bazează pe două caracteristici principale - metoda de producere a acestora (originea) și compoziția chimică, deoarece acestea determină principalele caracteristici fizice și mecanice și Proprietăți chimice nu numai fibrele în sine, ci și produsele obținute din acestea.

Proprietăți de protecție termicăsunt cele mai importante proprietăți igienice ale produselor pentru perioada de iarnă. Aceste proprietăți depind de conductivitatea termică a fibrelor care formează țesătura, de densitatea, grosimea și finisajul țesăturii. Cea mai „rece” fibră este inul, deoarece are o conductivitate termică ridicată, cea mai „caldă” este lâna. Cele mai mari rate de proprietăți de protecție termică se găsesc în țesăturile de lână groase și dense, cu lână. Proprietățile de protecție termică ale îmbrăcămintei sunt influențate semnificativ de numărul de straturi de material din îmbrăcăminte. Odată cu creșterea numărului de straturi de material, rezistența termică totală crește. Se folosesc diverse tipuri de izolații: naturală șisintetic.

Luați în considerare patru tipuri de țesături, mostre din care le vom examina.

Țesături pentru costume - de la fibre naturale- lana.

Lâna este numele dat părului de oi, capre, cămile și alte animale. Cea mai mare parte a lânii (94-96%) pentru industria textilă este furnizată de creșterea oilor.

O caracteristică a lânii este capacitatea sa de a împâsli, care se explică prin prezența unui strat solzos pe suprafața sa, prin ondularea semnificativă și moliciunea fibrelor. Datorită acestei proprietăți, din lână sunt produse țesături destul de dense, cârpe, draperii, pâslă, precum și produse din pâslă. Lâna are o conductivitate termică scăzută, ceea ce o face indispensabilă în producția de țesături pentru haine, rochii și tricotaje din sortimentul de iarnă.

Incalzitoare naturale

Wat și n - izolație pe jumătate din lână,țesătură tricotată cu lână pe o față sau pe două fețe. Vateaua este produsă din bumbac, lână, jumătate de lână și înlocuiește vata la coaserea hainelor calde.

La mijlocul până la sfârșitul secolului trecut, în industria de îmbrăcăminte sovietică, a fost folosit la cusutul hainelor de lucru, precum și ca încălzitor pentru haine de iarnă.

Vatelia diferă în funcție de compoziție (bumbac, lână), grosimea țesăturii și metoda de fixare a dragelor.



În zilele noastre, bataia este din ce în ce mai puțin populară.

Dezavantaje: greutate mare și proprietăți relativ mari de reținere a apei.

Izolație sintetică

Sintepon -este unul dintre cele mai comune materiale izolatoare sintetice. Ușoare, voluminoase, elastice, în care amestecul (inclusiv deșeuri secundare artificiale și naturale, textile) este ținut împreună prin metode acute, adezive (emulsie) sau termice.



Recent, iernizatorul sintetic este cel mai adesea realizat din materii prime din poliester reciclat (sec-PET), deșeuri din plastic retopite (sticle PET, pungi, vesela de unică folosință etc.). Acest lucru reduce semnificativ costul produsului, dar reduce în mod critic calitatea și caracteristicile de performanță.

Sintepon- tesatura netesuta obtinuta din fibre sintetice. Este mult mai ușoară decât vatelia, rezistentă, nu își pierde forma și nu cade. Aparatul de iarnă sintetic nu este higroscopic, datorită căruia nu se udă foarte mult și se usucă ușor. În plus, este produs în alb și nu se decolorează și nu pătează țesătura superioară atunci când articolele izolate sunt spălate. După spălare, produsul își păstrează forma și nu pierde volumul.

Avantajele căptușelii poliesterului sunt ușurința, proprietățile bune de protecție termică și greutatea redusă, precum și relativa inofensivă pentru oameni. Sintepon este folosit pentru toate tipurile de izolații, inclusiv pentru copii, precum și pentru fabricație , cuverturi de pat și genți și alte produse.Ușoară, caldă, voluminoasă, ieftină - la un moment dat, o astfel de izolație a fost în vârful popularității sale.

Cu toate acestea, după cum a arătat timpul, iernizatorul sintetic are o serie de dezavantaje: permeabilitate crescută la umiditate, etanșeitate la aer, deformarea rapidă și fragilitatea materialului - toate acestea au dus la faptul că iernizatorul sintetic este folosit ca încălzitor pentru producție. de haine mai ieftine demi-sezon și de iarnă.

Fibră goală (fibră goală) - o țesătură nețesă umplută cu fibre sintetice sub formă de spirale, bile, arcuri etc. Această structură este cea care face ca lucrul să se încălzească, deoarece între fibre este reținut mult aer.



Este considerată pe bună dreptate izolația secolului XXI. Ușor, cald, rezistent la umiditate și forme, hipoalergenic - este un material excelent pentru producerea de izolație excelentă pentru îmbrăcămintea de iarnă.

Soiuri - polyfiber, thermofiber, fiberskin, firetech etc.

Capitol II ... Lucrări de cercetare experimentală

Progresul lucrării:

Pe parcursul acestei lucrări de cercetare au fost efectuate șase experimente cu diferite tipuri de țesături. Toate mostrele au aceleași dimensiuni: lungime, lățime și suprafață (foto 1). Aria probelor coincide cu suprafața cilindrului de măsurare (tabelul nr. 1)



poza 1

Tabelul 1

Decora

Costum țesătură de lână 1

Costum din țesătură de lână 2

Holofibră

Sintepon (subțire)

Sintepon (gros)

bataie

Grosime

0,4 cm

0,1 cm

0,1 cm

2 cm

1 cm

2 cm

0,5 cm

Lăţime

12 cm

12 cm

12 cm

12 cm

12 cm

12 cm

12 cm

Lungime

13 cm

13 cm

13 cm

13 cm

13 cm

13 cm

13 cm

Pătrat

156 cm 2

156 cm 2

156 cm 2

156 cm 2

156 cm 2

156 cm 2

156 cm 2

2.1 Comparația conductibilității termice a diferitelor materiale textile.

Dotare: Cilindri gradati cu apa calda, materiale experimentale, termometre cu mercur - 3 bucati, termometru electronic, etrier.

Pentru a efectua experimentul, am înfășurat cilindrii de măsurare cu mostre de țesut și i-am fixat cu știfturi.

O pereche de cilindri înfășurați selectați pentru experiment și unul neînvelit au fost umpluți cu apă caldă de aceeași temperatură. La intervale regulate (5 minute), a fost măsurată temperatura apei din fiecare vas (foto 2), citirile au fost înregistrate într-un tabel și au fost trasate grafice pentru comparație.







poza 2

2.1.1. Experimentul #1.

Pentru primul experiment, am ales două tipuri de țesături de lână.

Tipurile de țesături investigate:

Prima probă este țesătura potrivită, subțire, care este folosită pentru coaserea jachetelor, a pantalonilor și a fustelor.

Al doilea eșantion este o țesătură de lână mai groasă (drape), care este folosită pentru coaserea hainelor și jachetelor.

Țesăturile vin într-o varietate de grosimi.

Temperatura camerei (camera fizică 20 ° C)

Vom introduce rezultatele studiului în tabel

75

9:35

9:40

9:45

9:50

Pentru comparație, să construim grafice

Comparând temperatura apei a trei pahare și trasând grafice, am văzut că prima probă nu reține bine căldura, prin urmare are o conductivitate termică bună. Conductivitatea termică a celei de-a doua probe (țesătură groasă de lână) este mai slabă, deoarece reține mai bine căldura.

2.1.2. Experimentul #2

În al doilea experiment, am investigat materialele izolatoare. Sintepon este acum adesea folosit ca încălzitor pentru haine. Sinteponul gros reține bine căldura.

Lungime-13 cm

Latime-12 cm

Grosime - 2 cm

Suprafata: 156 cm

74

10:05

10:10

10:15

10:20

Să construim un grafic

2.1.3. Experimentul #3

Al doilea eșantion este vatelia neagră - material din bumbac natural, țesătură tricotată cu grămadă pe o singură față.

Să punem rezultatele în tabel

74

11:05

11:10

11:15

11:20

Să construim un grafic

În urma experimentului, s-a dovedit că conductivitatea termică a poliesterului de căptușeală este mai slabă decât cea a vatei.

2.1.4. Experimentul #4

Pentru a studia conductivitatea termică a încălzitoarelor, am ales prima probă -batting gri (bumbac). Al doilea eșantion este vatelia de lână neagră.

Parametrii obiectelor investigate

Bating gri

Bat negru

Grosime

0,6 cm

0,5 cm

Lăţime

12 cm

12 cm

Lungime

13 cm

13 cm

Pătrat

156 cm 2

156 cm 2

41

13:50

39,5

38,5

13:55

14:00

36,5

14:05

35,3

34,5

14:10

33,1

Să construim un grafic



Conductivitatea termică a vatei este aproape aceeași, dar trebuie avut în vedere că vatelia gri este mai groasă.

2.1.5. Experimentul #5

Am investigat conductivitatea termică a unui poliester de căptușeală de diferite grosimi.

Parametrii obiectelor investigate

Poliester de căptușeală subțire

Aparat de iarnă sintetic gros

Grosime

1 cm

2 cm

Lăţime

12 cm

12 cm

Lungime

13 cm

13 cm

Pătrat

156 cm 2

156 cm 2

32

14:31

31,9

31,7

14:36

30,5

14:41

29,7

29,3

14:46

29,5

28,7

Să construim un grafic



Graficul arată că conductivitatea termică a unui poliester gros este mult mai mică decât cea a unui poliester subțire..

2.1.6. Experimentul #6

Pentru studiu, am ales prima probă - un material sintetic gros de iarnă (material sintetic, ușor, voluminos, elastic, material nețesut)

A doua probă- Xalofibră(țesătură nețesă umplută cu fibre sintetice sub formă de spirale, bile, arcuri).

Să punem rezultatele în tabel

74

15:05

15:10

15:15

15:20

Să construim un grafic

În urma experimentului, s-a dovedit că conductivitatea termică a holofibrei este mai slabă decât cea a poliesterului de căptușeală.

Astfel, am fost convinși că în condițiile unui laborator de fizică școlar se poate realiza o analiză comparativă a țesăturilor textile.

2.2 Calculul coeficientului de izolare termică a vatelii, poliesterului de căptușeală și a fibrei hale.

Conform formulei: se calculează coeficientul de conductivitate termică, unde

P este puterea totală a pierderilor de căldură, S este aria secțiunii transversale a paralelipipedului, ΔT este diferența de temperatură dintre margini, h este lungimea paralelipipedului, adică distanța dintre margini.

Conductivitatea termică se măsoară în W / (m · K).

Prin analogie cu coeficientul de conductivitate termică, am calculatcoeficient de izolare termică. În experimentul nostru

P = Q1 - Q2 / t, puterea pe care o reține materialul. Unde: Q1 este cantitatea de căldură degajată de apa din cilindrul gradat fără „haine”, în timpul t;

Q2 este cantitatea de căldură degajată de apa din cilindrul de măsurare cu „haine”, în timpul t;

S este aria probei de țesut;

h este distanța dintre margini.

2.2.1. Calculul coeficientului de izolare termică al vatei negre.

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

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

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

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

2.2.2. Calculul coeficientului de izolare termică al vatei ușoare.

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

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

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

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

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

Concluzie:coeficientul de izolare termică al vatei negre 0,48 (W / m * K)

0,32 (W / m * K)

2.2.3. Calculul coeficientului de izolare termică a unui poliester subțire de căptușeală.

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

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

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

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

2.2.4. Calculul coeficientului de izolare termică a unui poliester gros de căptușeală.

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

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

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

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

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

coeficientul de izolare termică a unui poliester subțire de căptușeală 0,077 (W / m * K)

coeficientul de izolare termică al vatei ușoare 0,54 (W / m * K)

2.2.5. Calculul coeficientului de izolare termică al fibrei de hol.

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

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

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

c = (Q1-Q2) * h / t * SΔT

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

Astfel, în condițiile unui laborator școlar, este posibil să se efectueze o analiză comparativă a conductibilității termice a diferitelor țesături textile și să se determine experimental coeficientul de izolare termică.

Industria textilă modernă folosește din ce în ce mai mult fibre sintetice. În acest scop, la fel ca în multe ramuri ale producției moderne, nanotehnologia vine în industria textilă.

Nanomaterialele pot conține nanoparticule, nanofibre și alți aditivi. De exemplu, Nano-Tex produce cu succes țesături îmbunătățite cu nanotehnologie. Una dintre aceste țesături oferă absolutimpermeabilitate: din cauza modificării structurii moleculare a fibrelor, picăturile de apă sunt complet rulate de pe pânză, care „respiră” în același timp. În martie 2004, AspenAerogels a început să producă branțuri izolante pentru pantofi dintr-un nou nanomaterial. Noul izolator reține căldura mai bine decât toate materialele moderne existente. În comparație cu acestea, caracteristicile sale termice cu aceeași grosime a probei s-au îmbunătățit de la 3 la 20 de ori. Nu este surprinzător că, cu astfel de indicatori, produsele dintr-un nou izolator termic au un consum minim de material.

Nanocoatingurile permitintegrarea micro- și nanoelectronicei în textile, precum și în MEMS, extinde semnificativ posibilitățile de purtare de zi cu zi, care pot fi folosite ca mijloc de comunicare și chiar calculator personal... Iar producția de textile cu senzori încorporați va permite monitorizarea stării corpului uman. Acest lucru va deschide cu siguranță noi oportunități în practica medicală, sport și suport de viață în condiții extreme.

Pentru a proteja o persoană de hipotermie, este dezvoltat în prezentlenjerie termică. Lenjeria termică este o lenjerie specială, croit pe corp într-o croială specială. Unul dintre principalele avantaje este că practic nu se întinde. Nicio cusătură laterală sau doar câteva cusături plate elimină riscul de frecare.Lenjerie termică care economisește căldura. Cu alte cuvinte, lenjeria termică de încălzire este destinată nivelurilor scăzute și medii de activitate fizică la temperaturi ambientale reci, reci sau foarte reci. Recomandat pentru utilizare în toate condițiile meteorologice, când este necesară reținerea căldurii, de ex. cand este necesara incalzirea, in functie de toleranta individuala a corpului uman.

Lenjerie termică (funcțională) care absoarbe umezeala. Această lenjerie termică are capacitatea de a se îndepărta excesul de umiditate(transpirație) de la suprafața pielii. De regulă, acest tip de lenjerie termică este realizată 100% din materiale sintetice. Utilizarea unor tipuri speciale de materiale sintetice îmbunătățește proprietățile lenjeriei termice în ceea ce privește îndepărtarea umezelii. Nu are sens să enumerați toate tipurile de sintetice cu astfel de proprietăți. Să le numim doar pe cele mai faimoase dintre ele: Coolmax, QuickDry, ThermoliteBase, Polypropylene, Viloft și multe, multe altele.

Lenjerie termică care economisește căldura + elimină umezeala (hibridă).Lenjeria termică care combină cele două proprietăți de mai sus, de ex. și încălzirea și eliminarea umezelii.

Lenjerie termică funcțională care elimină umezeala



Lenjerie termică care economisește căldura



Lenjerie termică hibridă



Lenjeria termică face față multor tipuri de funcții- pentru a încălzi, îndepărta umezeala sau ambele deodată. Lenjeria termică vă permite să practicați sporturile active preferate în diferite condiții climatice, fără a crea o senzație de disconfort și, de asemenea, vă economisește energia termică.

Conductivitatea termică a țesăturilor textile joacă un rol important în îmbrăcămintea umană și în special în clima noastră. Prin urmare, dorim să oferim câteva recomandări pentru selecția hainelor:

1) îmbrăcați-vă întotdeauna pentru vreme.

2) utilizați principiul stratificației: „trei tricouri subțiri sunt mai bune decât unul gros”.

3) preferând îmbrăcămintea din fibre naturale, amintiți-vă că știința nu stă pe loc și fibrele artificiale nu sunt inferioare și, uneori, depășesc fibrele naturale în calitățile lor conductoare de căldură.

Capitol III Concluzie și concluzii

Am investigat doar câteva tipuri de țesături, naturale și sintetice. Industria modernă folosește adesea țesături din fibre sintetice. Aceste țesături au atât avantaje, cât și dezavantaje. Avantajul unor astfel de țesături constă în conductivitatea lor termică slabă, prin urmare, ne păstrează bine căldura.Iernizatorul sintetic are performanțe medii de izolare termică. Îmbrăcămintea exterioară cu căptușeală din poliester este potrivită numai pentru ierni foarte blânde. Pentru o climă aspră, iernizatorul sintetic este inacceptabil. Dar holofiber are o izolare termică excelentă (aproape de puful natural) și este potrivită pentru vremea rece. Menținând cald în siguranță, permite pielii să respire. Aparatul de iarnă sintetic trece aerul mai rău.

Concluzie:

holofibră,holofibră,

Semnificație practică

Listă literatură

Galahova E.N.Clima din Mordoviași zonele adiacente ale Regiunii Non-Pământului Negru în vreme (pe baza materialelor de cercetare din Republica Socialistă Sovietică Autonomă Mordoviană): Avtoref. dis. ... cand .../

Mare Enciclopedia sovietică, volumul 43. p. 473.-M .: TSB. 1954

Smorodinsky A.Ya. Temperatura. Biblioteca „Cant”. Numărul 12-M .: „Știința” ediția principală a literaturii fizice și matematice, 1981 g-159 p.

Enciclopedie pentru copii „AVANTA”. Fizica.t.16.ch.2.-M .: „Avanta + ", 2002.-432s.


Rezumate

Investigarea conductibilității termice a diferitelor tipuri de materiale textile "

MOU „Școala nr. 13”, Saransk

Sectiunea: fizica

Conducător: Palaeva N.P., profesor de fizică.

Trăim într-un climat continental temperat, caracterizat de ierni reci și geroase și veri ușor calde.

La sfârșitul anului 2009, a izbucnit o dezbatere despre Pământ. Au existat multe fapte științifice că clima de pe Pământ se încălzește și civilizația noastră este de vină. Au existat și păreri că teoria „încălzirii globale” ar fi greșită. De asemenea, natura a decis să-și spună cuvântul greu cu înghețurile de iarnă. Mulți tari europene erau acoperiți de zăpadă, iar locuitorii acestor țări și-au umplut urgent garderoba cu haine calde.

În condiții de predominanță a diferitelor temperaturi se pune problema îmbrăcămintei adecvate, care, dacă nu se încălzește, atunci reține bine căldura. Îmbrăcămintea trebuie să aibă o conductivitate termică scăzută. Și așa am decis să investigăm unele tipuri de țesături pentru conductivitatea termică.

Scopul acestei lucrări : investigarea conductivității termice a materialelor textilevîn condiţiile unui studiu şcolar de fizică.

Sarcini de lucru: a examina baza teoretica conceptul de conductivitate termică; să investigheze experimental conductivitatea termică a materialelor textile; determinați experimental coeficientul de izolare termică a materialelor textile,comparați valorile experimentale și tabelare ale conductibilității termice a materialelor, trageți o concluzie.

Principalul indicator al proprietăților de izolare termică a unui material este coeficientul de conductivitate termică.

Relevanța muncii:

• Posibilitatea de a obține noi materiale termoizolante cu proprietăți mai bune.

Izolarea termică joacă unul dintre cele mai importante roluri în rezolvarea problemelor de sănătate.

În climatele temperate se pune problema îmbrăcămintei adecvate, care trebuie să rețină bine căldura, pentru aceasta trebuie să aibă conductivitate termică scăzută.

Utilizarea diferitelor tipuri de izolație, la coaserea hainelor, poate reduce creșterea bolii în cazul termoreglării corpului.

O astfel de cercetare ne permite să ne aprofundăm în mod radical înțelegerea conductivității termice a materialelor textile și să aflăm care material este cel mai eficient benefic.

Obiectul de studiu: Pe parcursul acestei lucrări de cercetare s-au efectuat experimente cu diferite tipuri de țesături și izolații.Pe baza rezultatelor lucrării, principalulconcluzii ... Studiind literatura de specialitate pe tema cercetării și comparând rezultatele obținute experimental cu valorile tabelare, ne permite să judecăm eroarea mică de măsurare.Astfel, ne-am asigurat că, în condițiile unei săli de fizică școlară, este posibil să se efectueze o analiză comparativă a conductivității termice a țesăturilor, care este folosită pentru a ne confecționa hainele.În procesul de efectuare a experimentelor, am studiat conductivitatea termică a două tipuri de țesături pentru costum (subțire și drape) și izolațiaholofibră,captuseala poliester si vatelia. În urma experimentelor, am fost convins că cea mai scăzută conductivitate termică areholofibră,Iernizatorul sintetic, apoi vatelia, draperiile și o țesătură subțire de lână pentru costum au cea mai mare conductivitate termică. Adică, îmbrăcămintea exterioară, confecționată din drapaj și izolată cu hollafiber și poliester de căptușeală, ne va păstra bine căldura și, prin urmare, ne va proteja de frigul iernii.

Rezultatele obţinute în cursul cercetării arată ce capacităţi unice de izolare termică au materialele textile moderne şi conduc la concluzia că este necesară informarea şi chiar promovarea noilor materiale textile în rândul populaţiei. Industria textilă modernă folosește din ce în ce mai mult fibre sintetice. În acest scop, la fel ca în multe ramuri ale producției moderne, nanotehnologia vine în industria textilă.

Textilele pe bază de nanomateriale dobândesc unic în indicatorii lor rezistență la apă, rezistență la murdărie, conductivitate termică, capacitatea de a conduce electricitatea și alte proprietăți.

Semnificație practică

Conductivitatea termică a țesuturilor joacă un rol important în îmbrăcămintea unei persoane și, prin urmare, în viața sa. O persoană ar trebui să se îmbrace întotdeauna pentru vreme pentru a-și menține sănătatea fizică.

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.

Determinați experimental coeficientul de conductivitate termică a materialului termoizolant.

Notează valoarea tabelară a coeficientului de conductivitate termică a materialului studiat.

Calculați eroarea valorii coeficientului de conductivitate termică găsită în experiment în raport cu tabelul.

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 a materialelor solide, în special a izolatoarelor termice, este de obicei 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 de pe suprafețele interioare și exterioare ale cilindrului, 0 С;

l - 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 mod termic staționar, coeficientul de conductivitate termică a materialului aflat în anchetă din care este realizat cilindrul se determină.



Desen . Diagrama unui montaj experimental pentru determinarea conductivității termice a materialului cilindrului.

PROCEDURA EXPERIMENTALA

Porniți echipamentul rotind butonul de pe placă în poziția 1.

Rotiți butonul autotransformatorului (comutator) pentru a seta puterea încălzitorului setată de profesor.

Observând citirile contorului de temperatură, așteptați stabilirea unui regim termic staționar.

Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în tabel:

Masa

Numărul de experiență

unde U, I - tensiunea și curentul în încălzitor;

t 2, t 1 - temperatura suprafețelor interioare și exterioare ale cilindrului.

PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE

Calculați coeficientul de conductivitate termică a materialului studiat, 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.

Notați valoarea tabelară 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

Condiții termice constante și instabile.

Câmpul de temperatură, staționar și non-staționar, câmpul staționar este tridimensional, bidimensional și unidimensional.

Gradient de temperatură.

Esența fizică a procesului de conducere a căldurii.

Ecuația lui Fourier, analiza ei.

Coeficientul de conductivitate termică, factori care afectează valoarea coeficientului de conductivitate termică.

Dați valoarea numerică a coeficientului de conductivitate termică pentru unele materiale.

Ce materiale sunt termoizolante?

Notați valoarea gradientului de temperatură pentru un câmp de temperatură unidimensional în sisteme de coordonate carteziene și cilindrice.

Notați formulele pentru determinarea fluxului de căldură Q, W, pereți plani și cilindrici monostrat și multistrat.

Notați formulele pentru determinarea fluxurilor de căldură specifice g 1, W / m 2, g 2, W / m pentru pereții plani și cilindrici monostrat și multistrat.

LISTA BIBLIOGRAFICĂ

Mikheev M.A., Mikheeva I.M. Fundamentele transferului de căldură), Moscova: Energiya, 1977.

Baskakov A.P. şi altele.Ingineria termică.- M .: Energoizdat, 1991.

V.B. Nashchokin Termodinamică tehnică și transfer de căldură.- Moscova: Liceu, 1980.

Isachenko V.P., Osipova V.A., Sukomel A.S. Transfer de căldură), Moscova: Energiya, 1981.

LUCRARE NR 8

DETERMINAREA GRADULUI DE ÎNTUNECARE A CORPULUI SOLID

scopul lucrării

Asimilarea și consolidarea materialului teoretic pe secțiunea baza teoriei transferului de căldură „Transferul de căldură radiantă”, precum și stăpânirea metodei de determinare experimentală a emisivității și emisivității unui solid.

1. Determinați experimental emisivitatea și emisivitatea unui solid.

2. Aflați eroarea valorii obținute a gradului de emisivitate în raport cu valoarea de referință (în procente).

3. Faceți o concluzie asupra lucrării.

INSTRUCȚIUNI

Toate corpurile emit și absorb continuu energie termică. Purtătorul de energie termică radiantă sunt oscilațiile electromagnetice cu o lungime de undă de 0,8 până la 800 microni. Procesul de transfer de căldură radiantă are loc între corpuri cu temperaturi diferite și separate printr-un mediu gazos.

Fluxul radiant de căldură dintr-un corp, care lovește un alt corp, este parțial absorbit, parțial reflectat și parțial trece prin corp. O parte din energia radiantă care este absorbită de organism este transformată înapoi în energie termică. Acea parte a energiei care se reflectă cade asupra altor corpuri (înconjurătoare) și este absorbită de acestea. Același lucru se întâmplă cu acea parte a energiei care trece prin corp. Astfel, după o serie de absorbții, energia emisă de corp este complet distribuită între corpurile din jur. În consecință, fiecare corp nu numai că emite continuu, ci și absoarbe continuu energie radiantă.

Pentru a determina fluxul radiant emis de corp, (W), se folosește formula

, (1)

unde C este emisivitatea corpului gri, W / (m 2 K 4),

C = C o  ;

Co este emisivitatea unui corp absolut negru, W / (m 2 K 4),

 - gradul de întuneric al corpului de testare;

F este aria suprafeței eprubetei, m 2;

T 1 este temperatura absolută a suprafeței eprubetei, K;

T in - temperatura absolută a aerului din cameră, K.

Din formula (1), se determină valoarea emisivității corpului de testat, W / (m 2 K 4),

. (2)

Când se ia în considerare transferul de căldură radiantă, unele dintre valorile incluse în formulele de calcul sunt determinate empiric; de exemplu, gradul de întuneric al corpului. Pentru a determina empiric valoarea numerică a gradului de întuneric al corpului, puteți utiliza configurația experimentală.

SETARE EXPERIMENTALA

Structura experimentală (figura) constă dintr-un subiect de testare 1 și un corp de referință 2, realizate sub formă de tuburi cu o lungime l instalat vertical. Diametrele exterioare ale tuburilor sunt aceleași: d = 0,025 m.

Astfel, corpurile de testare (gri) și de referință (negru) au aceeași dimensiune a suprafețelor de schimb de căldură F. Tubul de referință este acoperit cu: lac negru cu grad de negru cunoscut ( et = 0,97). Încălzitoarele electrice 3 sunt montate în interiorul tuburilor, oferind o eliberare uniformă a căldurii de-a lungul lungimii tuburilor. Încălzitoarele sunt alimentate de la o rețea de curent alternativ, puterile lor sunt reglate de autotransformatoare de laborator 4 și sunt măsurate cu wattmetrele 5. Fluxul de căldură creat de încălzitorul electric și care trece prin peretele conductei în aerul ambiental este determinat de puterea încălzitorului. incalzitor electric. Prevenirea scurgerilor de căldură în aerul ambiant la capetele tuburilor se realizează prin instalarea de dopuri termoizolante.

Temperatura de pe suprafața tuburilor este măsurată folosind termocupluri chromel-copel 6 și un contor de temperatură bazat pe microprocesor 7.

Temperatura aerului din laborator este determinata de un termometru instalat departe de instalatie. Se presupune că temperatura corpurilor din cameră (cu excepția corpurilor 1 și 2) este egală cu temperatura aerului din aceasta.

Fluxul de căldură de la suprafața tubului către aer, determinat în experiment, este suma fluxurilor de căldură convectivă și radiantă (W)

Q = Q k + Q l, (3)

Q l = Q - Q k. (4)

Valoarea lui Q k poate fi calculată utilizând formulele de transfer de căldură convectiv, dar este mai convenabil să excludem această valoare din considerare folosind un corp de referință cu un grad de emisivitate cunoscut. Pentru această configurație experimentală fl 0,97.



Desen. Diagrama de instalare experimentală

Radiația corpului de referință va fi determinată de formula

. (5)

Dacă forma, dimensiunea și temperatura corpurilor de testare și de referință sunt aceleași, componentele convective pot fi echivalate, adică

,

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

Înlocuind (6) în (2), obținem formula de calcul

. (7)