Порядок выполнения работы. 1. Изучить физическое значение энтальпии и теплоемкости.

1. Изучить физическое значение энтальпии и теплоемкости.

2. Изучить составляющие удельной теплоемкости и их долю вклада в величину теплоемкости материалов.

3. Изучить основные методы определения теплоемкости металлов и сплавов.

4. Нарисовать графики истинных значений теплоемкости чистых металлов, предложенных преподавателем (рис. 1.1, 1.5–1.7).

5. Нарисовать графики истинных значений теплоемкости сплавов, предложенных преподавателем (рис. 1.2).

6. Построить графики изменения истинных с_р и средних значений теплоемкости технически чистого железа в интервале температур от 50 до 1000 °С.

7. Сделать выводы.

Рисунок 1.5 – Истинная теплоемкость железа и никеля	Рисунок 1.6 – Истинная теплоемкость Циркония

Рисунок 1.7 – Истинная теплоемкость титана

Вопросы для самопроверки

1. Физический смысл энтальпии и теплоемкости. Единицы измерения истинной теплоемкости материалов.

2. Какая доля вклада в значение теплоемкости с_р составляет энергия колебаний решетки c_V.

3. Какая доля вклада в значение теплоемкости с_р составляет энергия термического возбуждения коллективизированных электронов с_э,

4. Какая доля вклада в значение теплоемкости с_р составляет энергия термического расширения dс,

5. Какая доля вклада в значение теплоемкости с_р составляет энергия образования вакансий с_в при высокой температуре и энергия ангармоничности колебаний решетки с_анг.

6. В чем суть прямого адиабатического метода и обратной калориметрии. Чем они отличаются?

7. С какой целью применяются импульсный и термический методы?

8. Какие достоинства дифференциального метода?

Рекомендуемая литература:[1–6].

Лабораторная работа 2

Метод смита. построение термограммы нагрева для определения средней теплоемкости материала

Цель работы

1 Изучить суть метода Смита.

2 По термограмме нагрева определить среднюю теплоемкость материала.

Основные положения

Метод, основанный на использовании постоянства теплового потока через стенку при неизменной разности температур в ней, позволяет опре­делять среднюю в интервале температур теплоемкость сплава и тепловые эффекты превращений. Метод Смита является разновидно­стью термического анализа.

На рис. 2.1 приведена основная часть установки – стакан из огнеупорного материала с малой теплопроводностью и вставленный в него образец. Стакан закрыт огнеупорной крышкой. Вместе с образцом он ставится на нихромовых подставках в электропечь. В образец вставлена термопара для определения его температуры. Также имеется дифференциальная термопара для определения температурного градиента в стенке стакана.

Сущность метода заключается в том, что в процессе эксперимента тепловой поток q=conct, т.е. остается неизменным. В этих условиях теплопроводность стакана принимается постоянной, тепловой поток, проходящий через стенку стакана и переносимый на образец, также является величиной постоянной. При данном постоянном тепловом потокеустанавливается некоторое стационарное состояние, при котором вначале пустой керамический стаканчик нагревается на Dt_св течение Dt_с, а количество теплоты, израсходованное на повышение температуры на Dt_ссоставляет:

, (2.1)

где с_с и m_c – теплоемкость и масса стаканчика.

1 – образец;

2 – термопара, измеряющая температуру образца;

3 – керамический стаканчик с крышкой;

4 – термопара, измеряющая среднюю температуру стаканчика;

5 – термопара, измеряющая разность температур в стенке стаканчика

Рисунок 2.1 – Схема установки определения теплоемкости материала по методу Смита

Из уравнения (2.1) тепловой поток составляет:

, (2.2)

где – скорость нагрева. При внесении в стакан образца для поддержания того же значения теплового потока нужно прогревать стаканчик с образцом уже с иной скоростью. Тогда уравнение (2.2) для теплового потока имеет вид:

, (2.3)

где с_о и m_о – теплоемкость и масса образца. Чтобы учесть экспериментальные погрешности, проводят опыт с эталоном. Для данного случая получим уравнение для теплового потока:

, (2.4)

где с_э и m_э – теплоемкость и масса эталона.

Из уравнений 2.2 – 2.4 получим уравнение:

(2.5)

Таким образом, измерив три скорости нагрева: пустого стакана, стакана с образцом и стакана с эталоном, при заданном температурном градиенте на стенке стакана можно, пользуясь формулой (2.5), определить теплоемкость образца, если известна теплоемкость эталона.

Поиск по сайту: