Жылуулук өткөрүмдүүлүк

 

 

Жабдуулар:

             - Жылуулук өткөрүмдүүлүк аппараты:

- таяныч;

- кыскычтары бар буу камерасы;

- муз тоңдуруу үчүн капкактуу идиш;

- изилденүүчү (үлгү) материалдар (айнек, жыгач, лексан, мазонит, тоо-тек катмары (булардын кээ бири суу өткөрбөгөн алюминий фольгасы менен капталган ));

-   буу генератору;

-   муздаткыч;

-   эриген сууну чогултуу үчүн идиш;

-   конденсирленген бууну тосуу үчүн идиш;

-   тараза;

-   секундомер;

-   мензурка;   

-   вазелин.

Максат:  Курулушта пайдаланылуучу ар түрдүү материалдардын жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенттерин тажрыйба жүзүндө аныктоо

 

Чөйрөнүн бир чекитинен экинчи чекитине жылуулуктун берилиши үч жол менен ишке ашат. Алар жылуулук өткөрүмдүүлүк, конвекция жана нурдануу. Жылуулуктун конвекция жолу менен берилиш механизми жылуулук өткөрүмдүүлүккө жакын. Нурдануу кванттык механикада каралат. Бул кубулуштардын бардыгында энергиянын бир жерден экинчи жерге ташылуусу ишке ашат.

Молекулалардын баш аламан кыймылы жылуулуктун бир жерден экинчи жерге берилишине, б.а. жылуулук өткөрүмдүүлүккө шарт түзөт. Жылуулук өткөрүмдүүлүк нерсени түзгөн бөлүкчөлөрдүн бири-бири менен кагылышууда кинетикалык энергиянын берилиши менен ишке ашат. Молекулалык-кинетикалык теорияга ылайык температура бөлүкчөлөрдүн орточо кинетикалык энергиясы менен мүнөздөлөт. Демек, температурасы жогору болгон жерде бөлүкчөлөрдүн орточо кинетикалык энергиясы да чоң. Мындай бөлүкчөлөр температурасы төмөн, демек орточо кинетикалык энергиясы азыраак болгон жердин бөлүкчөлөрү менен кагылышканда өзүнүн энергиясынын бир бөлүгүн берип, ал жердин да температурасынын жогорулашына алып келет. Газдар жана суюктуктар үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк механизмин  түшүндүрүүчү бул кубулуш катуу нерселер үчүн айырмалуу болот. Катуу заттарда жылуулук өткөрүмдүүлүк механизми газдарга салыштырмалуу бир кыйла айырмаланат. Кристаллдык катуу нерселер (мисалы металлдар) атомдору иреттүү жайланышкан кристаллдык торду элестетет. Бул тордун түйүндөрүндө оң иондор жайланышып, алардын арасында баш аламан кыймылда болушкан электрондор аралап жүрөт. Электрондордун кыймылы газдын молекулаларынын кыймылын элестетет. Ошондуктан, металлдардагы эркин электрондорду айрым учурларда электрондук газ деп да аташат. Жылуулук өткөрүмдүүлүк кристаллдык тордун түйүндөрүндө жайланышкан иондордун термелүү кыймылы жана электрондордун баш аламан кыймылдары аркылуу берилет. Иондордун термелүү кыймылы аркылуу берилүүчү жылуулук бир кыйла (100 эсе) кичине. Ошондуктан иондордун металлдардагы жылуулук берүү ролун  эске албай койсок да болот. Демек, металлдардагы жылуулук өткөрүмдүүлүктү ишке ашыруучу негизги бөлүкчөлөр электрондор, б.а. электрондук газ эсептелет.

Эгерде жылуулук берүү процесси стационардык, б.а. катмарлардын ортосундагы температуралык айырма өзгөрбөсө же берилип жаткан жылуулук саны өзгөрбөсө, нерсенин бирдей аянттагы эки катмарларынын ортосу аркылуу  убактысында өткөн  жылуулук саны төмөнкү формула менен аныкталат:

(9.1)    формула Фурьенин теңдемеси деп аталат.

Мында - нерсенин туурасынан кесилиш аянты,  - жылуулук берилүү убактысы,  - материалдын калыңдыгы,  - жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти, ал нерсенин затынын тегинен көз каранды. Бул теңдемедеги  нерсенин узундук бирдигине туура келген температуранын өзгөрүшүн көрсөтөт жана ал температуранын градиенти деп аталат. Тагыраак мүнөздөмөсү  болот. Градиент вектордук чоңдук, ал өзүнө таандык скалярдык чоңдуктун өсүү багытына карама-каршы багытта болот. Демек, жылуулук өткөрүмдүүлүктүн бирден бир шарты температуралык градиенттин болушу эсептелет.

         Ошентип, материал аркылуу өтүүчү жылуулуктун саны:

 

Бул теңдемеде,  – жалпы өтүүчү жылуулук энергиясы,  - жылуулук өткөрүмдүүлүк болуп өткөн, б.а. муздун үлгү менен тийишкен бетинин аянты,  – үлгүнүн эки четки чекиттеринин температуралык айырмасы,  - жылуулук берилген убакыт жана  – материалдын калыңдыгы, ал эми k тиешелүү материалдын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн мүнөздөөчү коэффициент. (9.2) теңдемеден жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти төмөнкүгө барабар:

нын физикалык маанисин төмөндөгүдөй түшүндүрүүгө болот: эгер , ,  жана  болсо, анда , б.а. жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти температураны бир бирдикке өзгөртүүдө сан жагынан бирдик калыңдык аркылуу убакыт бирдигинде жылуулук агымына перпендикуляр бирдик аянт аркылуу өткөн жылуулук санына барабар.

 нын бирдиги өлчөөдө керектелген чоңдуктардын бирдиктеринен келип чыгат. нын мааниси жылуулукту жакшы өткөрүүчүлөрдү (жакшы өткөргүч) же тескерисинче, начар өткөрүүчүлөрдү (жакшы изолятор) тандоодо маанилүү.  коэффициенти кичине болгон материал сөзсүз эле жакшы изолятор боло бербейт. Жылуулук өткөрүмдүүлүк үч фактордон көз каранды. Алар: беттик аянт, калыңдык жана температуралардын айырмасы.

Жылуулук өткөрүмдүүлүк аппараты. ТД-8561 жылуулук өткөрүмдүүлүк аппараты имарат курулушунда пайдаланылуучу беш түрдүү материал үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициентин изилдөөгө мүмкүндүк берет.

 

Бул аппаратта жылуулук өткөрүмдүүлүктү өлчөө ыкмасы жетишээрлик жөнөкөй. Изилдене турган материалдын пластинасы турактуу 100⁰С температураны камсыздоочу буу камерасы менен турактуу 0⁰С температураны камсыздоочу муздун кесегинин ортосуна коюлат. Үлгү пластинасынын карама-каршы беттеринин ортосунда 100⁰С температуралык айырма камсыз кылынат.

Үлгү аркылуу өткөн жылуулук саны муздан эриген суунун массасы менен өлчөнөт. Бир грамм музду эритүү үчүн 80 каллория жылуулук саны сарпталары белгилүү. Ошондуктан жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти  төмөнкү формула менен аныкталат:

 

Мында - эриген суунун массасы, - муз үчүн эрүүнүн салыштырма жылуулугу (=),  - музду эритүүгө кеткен убакыт. Бул тажрыйбада узундук - сантиметр (),  масса - грамм (), температура - градус Цельсия (), ал эми  убакыт - секунда () менен өлчөнөт.