Determinarea Coeficientului de Conductivitate Termică al Materialelor Omogene

LUCRAREA nr.10

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE CONDUCTIVITATE TERMICA AL MATERIALELOR OMOGENE

1. Principiul lucrarii

Coeficientul de conductivitate termica este o constanta fizica a materialelor, care caracterizeaza proprietatea acestora de a conduce fluxul termic. El depinde de temperatura, natura, starea de agregare, forma sub care se gaseste materialul si se determina pe cale experimentala.

În ipoteza placilor plane, cu suprafetele izoterme paralele si a transferului termic stationar, fluxul termic unitar transmis pe directia normala la suprafetele izoterme se determina cu ecuatia lui Fourier:

, (1)

în care este coeficientul de conductivitate termica, - grosimea placii, - diferenta de temperatura între suprafetele placii.

Prin urmare, coeficientul de conductivitate termica este numeric egal cu fluxul termic conductiv stationar, care traverseaza unitatea de suprafata a unei placi de grosime unitara, când diferenta de temperatura între suprafetele exterioare este egala cu unitatea. Deci:

. (2)

Determinarea acestui coeficient presupune masurarea experimentala a marimilor , si .

2. Schema instalatiei experimentale si modul de lucru

Schema de principiu a instalatiei de determinare a coeficientului de conductivitate termica în domeniul valorilor =0,029…1,977 , al materialelor izolatoare plane, omogene, microporoase, fibroase, sau sub forma de particule, numita Dr. Bock, este prezentata în figura 1.

Determinarea coeficientului de conductivitate termica se bazeaza pe metoda placii încalzitoare cu un singur corp de proba.

Proba de material (1) se aseaza între doua placi metalice plane, cea superioara (2) cu o temperatura mai mare - constanta, ca urmare a unui aport de energie electrica, denumita încalzitoare, iar cea inferioara (3) cu o temperatura mai scazuta - constanta, ca urmare a unei cedari de caldura, denumita rece. Placa încalzitoare este înconjurata de o placa cu aceeasi temperatura, denumita placa de protectie (4), eliminându-se în acest mod pierderile de caldura de la placa încalzitoare si astfel, în conditii cvasistationare, puterea electrica furnizata placii încalzitoare este proportionala cu fluxul termic care strabate proba de material.

Mentinerea constanta a temperaturii placilor se realizeaza prin conectarea lor la circuitul de încalzire si racire al termostatelor (9) si (10) prevazute cu termoregulatoarele (9a) si (10a). Apa de racire, care circula prin serpentina termostatelor, pe al carei traseu se afla termometrul (15) si debitmetrul cu plutitor (17), reduce inertia termica a apei de termostatare în termostatul placii calde si preia caldura cedata catre placa rece si respectiv termostatul aferent ei.

Utilizarea apei de termostatare, ca agent termic, antrenata de pompe de circulatie, permite stabilirea caderii de temperatura în proba. Cu ajutorul perechilor de termometre (6) si (7) se poate determina valoarea medie a temperaturii agentului termic din placile metalice si apoi calcula caderea de temperatura în proba.

Fluxul termic, care strabate proba de material de la suprafata superioara la cea inferioara este datorat placii încalzitoare, semiîngropata în placa superioara de protectie, care este prevazuta cu o rezistenta electrica, în circuitul careia este intercalat reostatul cu douasprezece pozitii (14). Mentinerea constanta a temperaturii placii superioare calde pe toata suprafata de contact cu proba de material este realizata de termocuplul (5), care este conectat la milivoltmetrul (12). Daca temperatura placii încalzitoare este mai mare decât a placii de protectie, atunci acul indicator al milivoltmetrului este deviat în stânga reperului “zero”, iar circuitul rezistentei placii încalzitoare se întrerupe. Atunci, aceasta rezistenta înceteaza sa mai furnizeze energie electrica. Când temperatura placii încalzitoare scade sub temperatura placii de protectie, ca urmare a continuitatii transmiterii fluxului termic probei de material, atunci acul milivoltmetrului este deviat în dreapta reperului “zero”, refacându-se circuitul rezistentei placii încalzitoare si astfel se asigura reluarea procesului de transfer termic prin proba de material.