POMIARY KALOMETRYCZNE

Temperatury dwóch zetkniętych ze sobą ciał po pewnym czasie wyrównują się.

Dzieje się to wskutek tego , że ciepło z ciała o temp. wyższej przechodzi do ciała o

Temperaturze niższej .Ponieważ do ciepła stosuje się ogólna zasada zachowania

energii , jeśli więc nie ulega ono zamianie na inny rodzaj energii , to ciepło Q , jakie

dane ciało traci ochładzając się , równa się ciepłu pobranemu przez wszystkie otacza-

-jące go ciała.

Tak sformułowaną zasadę zachowania energii nazywamy bilansem cieplnym.

Na bilansie cieplnym oparte są pomiary ilości ciepła , ciepła właściwego , ciepła

topnienia , równoważnika cieplnego energii mechanicznej itp. .Do przeprowadzania

tych pomiarów służy kalorymetr.

POMIAR PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ IZOLATORÓW

1.Celem ćwiczenia jest:

a)zapoznanie ćwiczących z metodą pomiaru współczynnika przewodności cieplnej

izolatorów.

b)nabycie umiejętności obsługiwania ultratermostatu.

c)dokonanie pomiaru współczynnika przewodności cieplnej izolatora.

2.Opis zagadnień teoretycznych:

Aby wyznaczyć współczynnik przewodności cieplnej izolatorów należy do grupy

ćwiczeń z termodynamiki wykorzystać zjawiska cieplne.Jeżeli przeciwległe ścianki

płyty o powierzchni przekroju S i grubości d1 mają różne temperatury T1 i T2 , zgodnie

z pierwszą zasadą termodynamiki nastąpi przepływ ciepła w kierunku powierzchni o

niższej temperaturze.Ilość ciepła przepływającego w jednostce czasu w stanie stacjo-

-narnym wyraża się wzorem:

Ciepło jest więc podobnie jak praca , jedną z form przekazywania energii między

ciałami .Energia wewnątrz układu jest równa sumie energii kinetycznej bezwładnego

ruchu mikrocząsteczek układu , energii potencjalnej oddziaływania tych mikrocząstek

i energii oddziaływania atomów jonów w cząsteczkach energii powłok elektronowych atomów i jonów energii jądrowej oraz energii promieniowania elektromagnetycznego.

Najlepszymi przewodnikami ciepła są metale , nieco gorzej przewodzą ciecze.Nato-

-miast gazy są najsłabszymi przewodnikami ciepła.Jest to związane ze strukturą wew-

-nątrz badanej materii.W gazach i cieczach za przewodzenie ciepła są odpowiedzialne

poruszające się cząsteczki.Wielkością charakteryzującą stopień przewodnictwa jest

współczynnik przewodności cieplnej k ,oznaczający ilość ciepła przechodzącego przez

jednostkę powierzchni w jednostce czasu.Różne ciała mają różne wartości przewodno-

-ści cieplnej.W przypadku izolatorów współczynnik ten zawiera się w granicach:

3.IDEOWY SCHEMAT POMIAROWY.

NÓŻKI IZOLUJĄCE

Układ do wyznaczania przewodności cieplnej składa się z MOSIĘŻNEJ PUSZKI

o dnie P1 , PŁYTKI MOSIĘŻNEJ P2 , BADANEJ PŁYTKI BAKELITOWEJ P oraz

ULTRATERMOSTATU i DWÓCH TERMOMETRÓW.Mosiężna płytka opiera się

Na trzech izolujących nóżkach , na niej jest położona badana płytka , a następnie

Puszka mosiężna.Z ultratermostatu , połączonego wężem gumowym jest nagrzewana

Puszka , a następnie ciepło jest przewodzone przez badaną płytkę do płyty P2.Na

dnie puszki oraz w mosiężnej płycie znajdują się termometry w metalowych oprawach.

4. WZORY Z KOMENTARZEM.

Ponieważ badana płytka jest okrągła następującą zależność możemy zapisać w

Postaci:

Co wynika ze wzoru na pole powierzchni koła.Jak wynika z pierwszego wzoru , aby

wyznaczyć współczynnik przewodności cieplnej płytki należy zmierzyć jej grubość ,

promień , temperatury przeciwległych powierzchni oraz ilość ciepła.Ta ilość ciepła

jest bezpośrednio trudna do zmierzenia , dlatego wyznacza się ją pośrednio metodą

stygnięcia płytki mosiężnej P2 w pobliżu temperatury T2 .Szybkość stygnięcia n wyzna-

-cza się z zależności:

gdzie przyrost T2 zawiera się w granicach 68,5-62=6,5[ C ] , a przyrost czasu

jest mierzony od spadku temperatury podczas stygnięcia.Jeżeli szybkość stygnięcia

jest n , to ilość wypromieniowanego ciepła w jednostce czasu jest równa mcn , przy

czym m oznacz masę mosiężnej płytki , a c jest ciepłem właściwym mosiądzu.Zakła-

-dając , że ilość wypromieniowanego ciepła jest proporcjonalna do powierzchni ,

można wyrazić tą ilość ciepła przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu

gdzie r jest promieniem mosiężnej płyty , a d oznacza grubość mosiężnej płyty.

Ponieważ , po ustaleniu się temperatur , ilość ciepła przewodzona przez badaną

płytkę jest równa ilości ciepła wypromieniowanej przez boczną i dolną powierzchnię

mosiężnej płyty , możemy zapisać:

odpowiednio przekształcając to równanie otrzymamy zależność na k

Wzór wyrażający współczynnik przewodności cieplnej może być zapisany w postaci

W którym:

Błąd wyznaczenia k ze względu na dokładność pomiarów n,a,r1,d1, jest mały , w

związku z tym ocenę błędu przeprowadzamy biorąc pod uwagę dokładność pomiaru

temperatur , gdy podstawiamy:

otrzymujemy:

Względny błąd pomiaru współczynnika przewodności cieplnej wynosi:

Przy czym:

Obliczamy k średnie:

S

Ostateczny wynik:

BŁĄD MIKROMETRU-0,01

BŁĄD SUWMIARKI -0,05

NAJMNIEJSZY B6ŁĄD TERMOMETRU-1K

ŚREDNIE WARTOŚCI BŁĘDÓW:

Zapis mierzonych wielkości z błędami:

M=2,098+-0,001kg

D1=3,01833+-0,01

D=16,00+-0.001

R=74,94+-0.0233

R1=75,03+-0.1965 Cw=384,56 J/kgK

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Nr 20

INSTYTUT FIZYKI TEMAT:POMIAR PRZEWODNOŚCI

FILIA w JELENIEJ GÓRZE CIEPLNEJ IZOLATORÓW

Imię i nazwisko: numer kolejny zaliczenie

Radosław Drzewiecki ćwiczenia 2

GRUPA WYDZIAŁ ROK Data wykonania

ćwiczenia

ELEKTRONIKA

05.03.1998

ULTRATERMOSTAT

m

Cw

d1

d

2r1

2r

kg

2,098

0,001

15,00

15,02

14,99

15,00

15,03

15,07

149,9

149,8

149,9

149,7

149,8

150,0

0,01

0,09

0,049

0,01

0,14

0,34

0,02

0,02

0,02

0,03

0,03

0,02

384,86

3,02

3,01

3,03

3,00

3,04

3,01

16,01

16,00

16,02

16,00

16,01

16,02

0,002

0,008

0,001

0,021

0,021

0,008

0,01

0,00

0,02

0,00

0,01

0,02

T1

A

T2

n

k

0,0167

2

13

1

64

1

77

88,8

1,421

11,1

12,5

240

t

300

270

30

60

90

120

150

180

210

0

T

330

63,2 666363M,

64

62,5

62

65,8

67,1

68

68,5

64

66,5

65

64,5

360

390

420

450

480

61,5

493

59

60,9

59,3

59,8

60,5

---