Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

Карпенко Г.А., Меркер Э.Э.

В современных условиях вузовской подготовки, например, инженеров – металлургов, роль лабораторного практикума в курсе физики по прежнему весьма велика в формировании модели специалиста.

Предлагаемые лабораторные работы по разделу курса физики «Физические свойства металлов и сплавов», являются базовыми в понимании и освоении дисциплин как общеинженерных (теплотехника, электротехника, теплоэнергетика и другие), так и в специальных курсах: общая теория и тепловая работа металлургических печей, электрометаллургия стали, металлургия чугуна, специальные стали и сплавы, металловедение, термообработка металлов и другие. Например, в лабораторной работе «Взаимосвязь теплопроводности и электропроводности металлов и сплавов», например, используется метод измерения теплопроводности стержней с круглым сечением из сталей, чистой меди и алюминия. На каждый стержень насаживаются две обмотки: компенсационная и измерительная. Тепловой поток, вырабатываемый измерительной обмоткой, распространяется только вниз по стержню, а ток в компенсационной обмотке подбирается так, чтобы дифференциальная термопара в блоке с измерительной обмоткой показывает разность температур Т21 между точками на расстоянии 100 мм. Причем нижняя часть стержня, где находится измерительная обмотка, непрерывно охлаждается водой. При установлении стационарного теплового режима измеряется коэффициент теплопроводности (λ) стержня на основе зависимости

                                               (1),

где S – площадь сечения стержня, м2; I и U – сила тока и напряжения в сети измерительной обмотки.

Далее студентами измеряется удельная электропроводность металлов и сплавов, например, методом амперметра – потенциометра, а на основе формулы Лоренца для сплавов железа λ=0,625×10-8σ×Е+0,006 вычисляется значение λ и сравнивается с данными полученными по формуле (1). Для меди значение λ находим из уравнения λ =0,571×10-8σ×Т+0,018, где s определяется в единицах 1/(мкОм×см). В другой лабораторной работе осуществляется методика «Измерение теплоемкости металлов методом охлаждения» с использованием закона конвективного теплообмена Ньютона-Рихмана

,                          (2)

где DТ – измерение температуры тела при охлаждении за время Dt; DQ – тепло, отданное стержнем в окружающую среду, Вт/м2, m, a, s’ –удельная теплоемкость, масса стержня, коэффициент теплоотдачи и боковая поверхность стержня; Т и Т0 – температура стержня и окружающей среды, К. Температуры разных стержней измеряются термопарой, таким образом величины DТ, a, s’ и Т-Т0 одинаковы для всех стержней, что позволяет для двух разных стержней (цилиндров) записать:

.                                     (3)

Из формулы (3), считая  известной величиной (для меди, например), можно найти неизвестную теплоемкость . Вычисляя удельные теплоемкости далее для железа и алюминия сравниваются эти данные с другими опытными данными и оценивается степень совпадения этих результатов. Методика оценки достоверности опытных данных используется студентами и в других технических дисциплинах и в экспериментах при выполнении курсовых и дипломных работ.

Практика работы выпускающей кафедры МТП СТИ (ф) МИСиС показывает, что на основе приобретенного экспериментального опыта на лабораторных работах в курсе физики студенты в дальнейшем с успехом используют полученные знания при выполнении не только лабораторных работ на спецкурсах, но и при выполнении курсовых научно - исследовательских работ (КНИР), а затем полученные при выполнении КНИР данные успешно используются в дипломных работах (проектах) с защитами их в государственных аттестационных комиссиях.

Работа выполнена под руководством проф., д.т.н. Меркера Э.Э.