Wykonali:
Aleksander Mazurek |
Przedmiot: |
Data wykonania: |
|
Nazwa ćwiczenia: Oznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła skał
|
Data oddania:
19.11.2014 |
WSTĘP
Celem ćwiczenia było oznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła skał λ. Do wyznaczenia tej wielkości posłużyliśmy się następującymi zależnościami:
gdzie:
q - strumień cieplny właściwy [W/m2],
Q - ilość ciepła przechodzącego przez próbkę [J],
S - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki [m2],
czas przepływu ciepła [s],
T1 - temperatura powierzchni nie ogrzewanej [ႰC],
T2 - temperatura powierzchni ogrzewanej [ႰC],
L - droga przepływu ciepła [m].
oraz:
[W/m2]
gdzie:
Qg - ilość ciepła pochłoniętego w grzejniku [J],
P - moc grzejnika [W].
Ponadto wyznaczamy współczynnik przewodzenia temperatury a.
[m2/s]
gdzie:
CV - pojemność cieplna objętościowa
PRZEBIEG ĆWICZENIA
W poniższych tabelach zostały przedstawione wyniki :
Piaskowiec |
|||||||
Wymiary próbek |
|||||||
Próbka |
Średnica d [m] |
Wysokość L [m] |
Powierzchnia S [m2] |
Objętość V [m2] |
|||
Dolna |
0,0746
|
0,0178
|
0,00438
|
7,780*105 |
|||
Górna |
0,0746
|
0,0178
|
0,00438
|
7,780*105 |
|||
Średnia |
0,0746
|
0,0178
|
0,00438
|
7,780*105 |
|||
Tp - temperatura początkowa [oC] |
19,6 |
||||||
U - napięcie zasilania [V] |
32 |
||||||
J - natężenie zasilania [A] |
0,64 |
||||||
P - moc grzejnika [W] |
11,16 |
||||||
Cg - pojemność cieplna grzejnika [J/K] |
92,215 |
||||||
Wskazania termopar: R3, R4 - dla powierzchni ogrzewanych - T2 - średnia wartość R1, R1 - dla powierzchni nieogrzewanych - T1 - średnia wartość |
|||||||
Czas τ [s] |
R1 [°] |
R2 [°] |
R3 [°] |
R4 [°] |
T2 [°] |
T1 [°] |
|
0,1 |
19,7 |
19,6 |
31,1 |
32 |
31,55 |
19,65 |
|
90 |
19,8 |
19,7 |
33,2 |
34,2 |
33,7 |
19,75 |
|
180 |
19,9 |
19,9 |
35 |
36,1 |
35,55 |
19,9 |
|
270 |
20,1 |
20,1 |
36,6 |
37,7 |
37,15 |
20,1 |
|
360 |
20,3 |
20,4 |
38,1 |
39,1 |
38,6 |
20,35 |
|
450 |
20,6 |
20,7 |
39,4 |
40,5 |
39,95 |
20,65 |
|
540 |
20,9 |
21,1 |
40,7 |
41,7 |
41,2 |
21 |
|
630 |
21,3 |
21,6 |
41,8 |
42,8 |
42,3 |
21,45 |
|
720 |
21,7 |
22 |
42,9 |
43,9 |
43,4 |
21,85 |
|
810 |
22,1 |
22,5 |
44 |
44,9 |
44,45 |
22,3 |
|
900 |
22,5 |
23,1 |
45 |
45,9 |
45,45 |
22,8 |
|
990 |
23 |
23,6 |
46 |
46,8 |
46,4 |
23,3 |
|
1080 |
23,5 |
24,2 |
46,9 |
47,7 |
47,3 |
23,85 |
|
1170 |
24,1 |
24,8 |
47,8 |
48,5 |
48,15 |
24,45 |
|
1260 |
24,6 |
25,4 |
48,7 |
49,4 |
49,05 |
25 |
|
1350 |
25,2 |
26 |
49,6 |
50,2 |
49,9 |
25,6 |
|
1440 |
25,7 |
26,6 |
50,4 |
51 |
50,7 |
26,15 |
|
1530 |
26,3 |
27,3 |
51,2 |
51,8 |
51,5 |
26,8 |
|
1620 |
26,9 |
27,9 |
52 |
52,6 |
52,3 |
27,4 |
|
1710 |
27,5 |
28,5 |
52,8 |
53,4 |
53,1 |
28 |
|
1800 |
28,2 |
29,2 |
53,6 |
54,1 |
53,85 |
28,7 |
|
1890 |
28,8 |
29,8 |
54,3 |
54,8 |
54,55 |
29,3 |
|
1980 |
29,4 |
30,5 |
55 |
55,6 |
55,3 |
29,95 |
|
2070 |
30,1 |
31,1 |
56,3 |
55,8 |
56,05 |
30,6 |
|
2160 |
30,7 |
31,7 |
56,5 |
57 |
56,75 |
31,2 |
|
2250 |
31,3 |
32,3 |
57,2 |
57,7 |
57,45 |
31,8 |
|
2340 |
31,9 |
33 |
57,9 |
58,4 |
58,15 |
32,45 |
|
2430 |
32,6 |
33,6 |
58,6 |
59,1 |
58,85 |
33,1 |
|
2520 |
33,2 |
34,3 |
59,3 |
59,7 |
59,5 |
33,75 |
|
2610 |
33,9 |
34,9 |
59,5 |
60,4 |
59,95 |
34,4 |
|
2700 |
34,5 |
35,5 |
60,6 |
61 |
60,8 |
35 |
|
2790 |
35,2 |
36,1 |
61,3 |
61,7 |
61,5 |
35,65 |
|
2880 |
35,8 |
36,7 |
61,9 |
62,3 |
62,1 |
36,25 |
|
2970 |
36,4 |
37,4 |
62,6 |
63 |
62,8 |
36,9 |
|
3060 |
37 |
38 |
63,2 |
63,6 |
63,4 |
37,5 |
|
3150 |
37,7 |
38,6 |
63,8 |
64,2 |
64 |
38,15 |
|
3240 |
38,3 |
39,2 |
64,5 |
64,9 |
64,7 |
38,75 |
|
3330 |
38,9 |
39,8 |
65,1 |
65,5 |
65,3 |
39,35 |
|
3420 |
39,6 |
40,4 |
65,7 |
66,1 |
65,9 |
40 |
|
3510 |
40,2 |
41 |
66,3 |
66,7 |
66,5 |
40,6 |
|
3600 |
40,8 |
41,6 |
66,9 |
67,3 |
67,1 |
41,2 |
|
3690 |
41,4 |
42,2 |
67,5 |
67,9 |
67,7 |
41,8 |
|
3780 |
42,1 |
42,8 |
68,1 |
68,5 |
68,3 |
42,45 |
|
3870 |
42,7 |
43,4 |
68,7 |
69,1 |
68,9 |
43,05 |
|
3960 |
43,3 |
44 |
69,3 |
69,7 |
69,5 |
43,65 |
|
4050 |
43,9 |
44,6 |
69,9 |
70,3 |
70,1 |
44,25 |
|
Współczynnik przewodzenia ciepła dla różnych wartości czasów nagrzewania |
Czas τ [s] |
||||||
|
810 |
2430 |
4050 |
||||
T1 - różnica temperatur na powierzchni nieogrzewanej [K] |
2,7
|
13,5 |
24,65 |
||||
T2 - różnica temperatur na powierzchni ogrzewanej [K] |
24,85
|
39,25
|
50,5
|
||||
Qg - ciepło pochłonięte przez grzejnik [J] |
2291,5 |
3619,4 |
4656,9 |
||||
q - strumień cieplny [W/m2]
|
2741,4
|
2846,08
|
2884,36
|
||||
- współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m K)]
|
2,5
|
2,23
|
2,28
|
||||
- współczynnik przewodzenia ciepła dla danego rodzaju skały [W/(m K)] |
2,65
|
||||||
Cv - cieplna pojemność objętościowa [MJ/(m3K)]
|
14,3 |
||||||
a - współczynnik przewodzenia temperatury [m2/s] |
6,55* 10-7 |
WNIOSKI
Otrzymane wyniki wartości współczynnika przewodzenia ciepła są niższe od wartości tablicowych dla piaskowca. Spowodowane to może być tym, że układ pomiarowy umieszczony był w słabo izolującym styropianie. Powodowało to utratę ciepła przez próbki. Wartość współczynnika otrzymana dla badanej próbki kwalifikuje ją do materiałów słabo izolujących. Dla porównania skałą dobrze izolującą jest węgiel którego współczynnik przewodności ciepła = 0,18 - 0,9 [W/(m K)]. Oprócz wyznaczania współczynnika przewodzenia ciepła, wyznaczaliśmy również cieplną pojemność objętościową CV, oraz współczynnik przewodzenia temperaturowego a. Są one porównywalne do danych tablicowych.
.
3