Способ определения теплоемкости материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 801043540 3(51) 601 й 25ССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ИЯ ЕЛЬСТВУ У(71) Днепропетровский институтжелезнодорожного транспорта имнина(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИКОСТИ МАТЕРИАЛА на полубес ловом отношении образце, включающии введе. ние на его теплоизолированной поверхности теплового импульса вдоль отрезка прямой и изме. рение температуры образца,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения способа и уменыпения погрешности определения теплоемкости, измеряют среднюю температуру участка поверхности, имеющего форму треугольника, вершина которого находится на отрезке введения теплового импульса, основание параллельно отрезку, а высота равна требуемой глубине опре деления теплоемкости, после чего искомую ве. личину рассчитывают по соответствующей формуле.ределения ателланйгагЕриаз о 8 инженеров, М. И. Кали. во СССР Мф 17903 СР Хф 381009,ип).Я ТЕПЛОЕМконечном в тем.СлососГоагелосжи(4) 1 104 ЗИзобретение относится к тенлофиэическимизмерениям, в частности к способу определенияобъемной тенлоемкости материала; и можетбыть использовано в химической, полупроводниковой и др, промьннленностях,Известен способ определения тенлоемкостиматериалов, основанный на измерении темпера.туры поверхности образца исследуемого матери.ала в квазистационарном режиме, причем образ.цы в виде пластин укладывают один над дру.гим в тенлоизолированную камеру вместе спроложенными между ними электронагревателями одинаковой мощности, устанавливают междусредними образцами дифференциальную термопару и термоиару с постоянной температуройхолодного сная, На основании измеренных вопыте параметров но известным соотношениямрассчитывают искомые величины 1.Недостатком известного способа является то,что необходимо специальное изготовление образцов исследуемого материала, т.е, требуется нарушать целостность объекта изучения.Наиболее близким ио технический сущностии достигаемому результату к предлагаемомуявляется способ определения теилофизическиххарактеристик материала, на полубесконечномв тепловом отношении образце, включающийвведение на его теилоизолированной поверхнос.ти теплового импульса вдоль отрезка прямой иизмерение температуры образца 2).Йедостатками известного способа являютсяего методическая сложность и значительная погрешность определения тенлоемкости материала,Целью изобретения является упрощение способа и уменьшение определения теплоемкости,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплоемкости материала на полубесконечном в тепловом отношении образце, включающему введение на еготенлоизолированной поверхности теплового импульса вдоль отрезка прямой и измерение температуры образца, измеряют среднюю температу.ру участка поверхности, имеющего форму треугольника, вершина которого находится на от.резке введения теплового импульса, основаниепараллельно отрезку, а высота равна требуемой 45глубине определения теилоемкости, после чегоискомую величину рассчитывают по соответ.ствуюшей формуле.На чертеже представлена схема реализациипредлагаемого способа, 50На плоской поверхности 1 образца исследуемого материала 2, на отрезке 0,0 прямойлинии 3 осуществляют кратковременный вводэнергии в материал, например, от нагревателяв виде нихромовой проволоки, питаемого элект 55рическим током, Потери энергии от поверхности материала предотвращаются с помощью слоятеплоизоляции ч. Измерение температуры иро 540 2изводится известными способами, например термопарами, в ряде точек треугольного участка 5 поверхности 1 (Ь АОВ), Вершина 0 треугольника АОВ лежит на отрезке 3, основание АВ параллельно отрезку 3. Среднее значение температуры Т треугольного участка ЛОВ можно получить, например, путем электричес.кого суммирования сигналов термопар, Зная количество энергии на единицу длины 8/Ь, вводимое в материал, можно определить объем.ную тенлоемкость С по формуле 2 Я/811)л Н Тгде Н - высота треугольного участка,3 =3,14.Способ осуществляется следующим образом.После вьщеления за короткое время нагревателем энергии Я, она оказывается сосредоточенной в иолуцининдрическом объеме материала очень малого радиуса, примыкающем к нагрсвателю. После этого начинается распространениеэнергии внутрь материала, путем теплонроводности. Так как потери энергиис поверхности маматериала устранены теплоиэоляцией, то при достаточной длине отрезка О,Ог в материале образуется осесимметричное распределение темне.ратуры, т.е. температура различных точек образца зависит только от расстояния г каждой точки до оси 3 и времени+:Т:Тг,1), Это оз.начает, что температура в данный момент вре.мени будет одинакова во всех точках любойиолуцилиндрической поверхности, ось симметрии которой совпадает с осью 3. В элементарном полуцилиндрическом слое высотой Ь радиусом г толщиной дг температура будет Т(г,т),В объеме этого слоя дЧ = У Пгниг увеличениезапаса тепла будет 48:СТ(;) дЧ:СГ 1,П;Ц) -сф-, Р)1В иолуцилиндре радиуса Н увеличение запасатепла равно Н д = сЖ =С й Т,Ы-С 711,Н о 2 сроГср.об. - средняя по объему нагретой лолу.линдрической зоны температура материала.Вдоль произвольной прямой линии 6 на поверхности 1 материала, параллельной оси 3 и удаленной от нее на расстояние г вследствие осесимметричности распределения температуры, температура будет всегда такая же, как и наТ(г,1)35 . (51А 08 НЯОгАЮб- =2 20 гЯ=С 3 Ъ Т 35 Составитель В БитюковТехред Т,Фантз Корректор Л. Бокшан Редактор Г, Волкова Заказ 7328/46 Тираж 873 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35,Раушская наб д, 4/5 УФФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 3 10435 боковой поверхности иолуцилиндра 7 соответ.ствующего радиуса г, расположенной внутри материзла. Поэтом) появляется возможность не внедрять измерители температуры внутрь ма. териала, а располагать их на поверхности,Принимая во внимание, что измерители температуры расположены на поверхности 1 материала 2 в пределах участка 4 треугольной фор. мы АОВ и измеряют среднюю температуру это го участка, .т,е, 10 Гак как для треугольникаС 5 = К 13 Е, (6)15где К - числовой коэффициент, зависящийот угла АОВ, то Подставляя. (6) и (7) в (5); получаем25к Т 1 г,) о 1- КН2 0 (8) Сравнивая (8) и (4), замечаем, что средняя температура по участку поверхности АОВ равна средней температурепо объему полуци. линдра радиуса Н и высоть 1 Ь . Из (8) и (3) получаем 40 4Так как дополнительный запас тепла в ма-териале О, обрзэовзлся эа счет вьщеленногоисточником тепла О, то О, = О. Откуда иполучим 26/ЬУНЗчто и требовалось доказать.Если длительность измерений выбрать такой, чтобы за пределы полуцилиндра рздиуса Н ушло незначительное количество тепла, то вв процессе измерений О, = сопз 1 и Тсопс 1, т,е. средняя температура на участке АОВ оста. ется постоянной, хотя температуры отдельных точек полуцилиндра и треугольника изменяют. ся во времени, Независимость Т от времени является преимуществом предлагаемого способа и упрощает методику измерений по сравне. нию с другими нестационарными тепловыми методами измерений (в том числе и с известным способом), в которых необходимо измерять температуру несколько раэ в различные моменты времени.Точность определения теплоемкости повышается за счет того, что возможная нестабильность теплового контакта одного или даже нескольких датчиков из большого числа всех дат. чиков, установленных на треугольной площздке, проявляется в суммарном сигнале значительно слабее, чем при использовании измерения температуры в одной точке по известно.му способу, Суммировзние сигналов большого числа датчиков, кроме того, приводит к увеличению выходного ситнала измерителя средней 3температуры и увеличению соотношения сигнзл/ шум.