Investigarea conductibilității termice. Tema „Studiul fenomenului de conductivitate termică

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

Introducere.

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 conductibilității 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:

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 este o proprietate fizică a unui material la care energie termalăîn interiorul corpului trece de la partea cea mai fierbinte la 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 materiale de finisare pereti, podele etc., apoi 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 apa, ulei de floarea soareluiși alcool într-o eprubetă, încălzită de jos cu o lampă incandescentă, iar temperatura din eprubetă a fost măsurată cu un termometru.

Factori externi care influenţează datele experimentale: temperatura mediu inconjurator.

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

Lichide	t-temperatura	Schimbarea temperatura	t- timp	coeficient de temperatură conductivitate °C/min.
				Medie 2,6
				Medie 3,7
				Medie 5,1

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.

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 difuzivității termice a diferitelor tipuri de sticlă și alte materiale.

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

Nume	Schimbarea temperaturii	Coeficient temperatura conductivitate E = ∆ t / t(°C / min)
			Rău
Sticlă simplă
Plexiglas
plexiglas (verde)
Fier galvanizat
Gips-carton

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 difuzivitatii termice a diferitelor materiale de constructii.

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.

Nume	Schimbarea temperaturii	Coeficient temperatura conductivitate E = ∆ t / t(°C / min)
			Rău
Gips-carton
Gips-carton + vată minerală
Gips-carton + vată de sticlă
Gips-carton + pânză de iută
Gips-carton + Penoplex
Gips-carton + Isolon
Gips-carton + Jermaflex

Concluzie: Din datele din tabel se poate observa că încălzitoarele de construcție reduc semnificativ difuzivitatea termică. Cel mai scăzut coeficient de difuzivitate termică de 1,0 ° C / min are o combinație de gips-carton cu vata minerala sau cu penoplex 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

Articolul 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 fir de bumbac și nailon în bătătură. În urma studiilor efectuate cu ajutorul unui dispozitiv de termoviziune bazat 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 de a estima valoarea caracteristicilor termofizice ale țesăturii de urzeală destinată cusuturilor de îmbrăcăminte de lucru utilizate în condiții extreme. condiții climatice.

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 utilizate: 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 a unui solid arbitrar este prezentată 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 cu două lenjerie continue, 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 continuă cu două lenjerie folosind un sistem de imagistică termică au fost efectuate în laboratorul Departamentului de Inginerie Industrială a Energiei termice al 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 este de cea mai mare importanță în proprietățile de izolare termică 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;

Utilizarea unei camere cu infraroșu ThermaCAM SC 3000 fixând răcirea probei la temperatura inițială a camerei în condițiile,;

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 - diferența dintre temperatura dintr-un punct dat și din 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 condiționat 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
Proba nr.			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 unități de termoviziune, bazată pe camera infraroșu TermaCamTM SC 3000, s-a realizat un studiu al proprietăților de protecție termică a țesutului, s-au determinat principalele caracteristici termofizice ale acestuia, 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

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 de pe suprafețele interioare și exterioare ale cilindrului, 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 plasat 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.

Ministerul Educației din Republica Mordovia

Departamentul de Educație al Administrației Districtului Orașului Saransk

Instituție de învățământ municipală

„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 prin 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 perioada rece a anului variază de la 15 la 25, durata medie a acestora este 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. Foarte proprietăți importantețesăturile de uz casnic sunt conductivitatea termică, 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 compoziție chimică, deoarece ei sunt cei care determină elementele fizice, mecanice și de bază 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 alb iar la spălarea lucrurilor izolate nu se estompează și nu lasă pete pe țesătura căptușelii. 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

2 cm

1 cm

2 cm

0,5 cm

Lăţime

12 cm

Lungime

13 cm

Pătrat

156 cm 2

2.1 Comparația conductibilității termice a diferitelor materiale textile.

Echipament: Cilindri gradati cu apa calda, materiale experimentale, termometre cu mercur - 3 buc, 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 reprezentate 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

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

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

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

Lungime

13 cm

Pătrat

156 cm 2

13:50

39,5

38,5

13:55

14:00

36,5

14:05

35,3

34,5

14:10

33,1

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

Lungime

13 cm

Pătrat

156 cm 2

14:31

31,9

31,7

14:36

30,5

14:41

29,7

29,3

14:46

29,5

28,7

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

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 cu o croiala speciala. 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 pentru joasă și medie activitate fizica la temperaturi reci, reci sau foarte reci Mediul extern... 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 elimina excesul de umiditate (transpirație) de pe 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 căldura.

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 .../

Marea Enciclopedie 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. Multe țări europene au fost acoperite 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, realizată din draperie 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.

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.

S-au răspândit metodele staționare de determinare a conductibilității termice, în care, deși diferite, dar neschimbate în cursul cercetării, 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 a stratului, 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, metoda extrapolării este utilizată pentru a determina temperaturile din interior și suprafete exterioare acoperi. 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 forma unui cilindru de 100 mm lungime cu o grosime a peretelui de 1 mm, astfel încât un capăt al acestuia să fie încălzit din partea superioară. încălzitoare electrice iar celălalt era în topitura eutectică. Un dispozitiv de securitate, ecrane, izolație din fibră de silice, 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 de probe și discuri de cuarț a fost înconjurat de trei inele concentrice de protecție din azbociment și o umplutură din 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