SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI
ĆWICZENIE NR 13
TEMAT: WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA *
GRUPA III, (poniedziałek 11:15)
Andrzej Gajewski
Andrzej Tichaczek
Paweł Delimat
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia było przeprowadzenie pomiarów które umożliwią nam wyliczenie współczynnika przenikania ciepła *. W ćwiczeniu była mierzona temperatura na powierzchni dwóch kul miedzy którymi był umieszczony piasek kwarcowy, którego * mieliśmy wyznaczyć. Pomiary temperatury były prowadzone za pomocą termopar - jednej w kuli wewnętrznej i czterech na kuli zewnętrznej - dzięki którym można wyznaczyć temperaturę średnią na powierzchni kul. Zmiany temperatury w mniejszej kuli były wywoływane przez umieszczoną w jej wnętrzu grzałkę.
WZORY WYKORZYSTANE PRZY OPRACOWANIU WYNIKÓW
wzór na współczynnik przenikania ciepła wyprowadzony dla naszego przypadku z prawa Fourier'a
Q ( 1/r1 - 1/r2)
*=
4* (t1-t2)
3.SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO
2
1
3 5
4
*
Opis stanowiska pomiarowego:
Kula miedziana o promieniu r1=30 mm
Kula miedziana o promieniu r2=77.5 mm
Badana próbka - piasek kwarcowy
Grzałka elektryczna o mocy maksymalnej 100W
Zespół termopar
Warunki pomiarów
temperatura otoczenia to=16*C
ciśnienie otoczenia po=1002 hPa
wilgotność powietrza 51%
Przyrządy pomiarowe:
woltomierz cyfrowy TYPe V544
woltomierz DC typ PWS-3
amperomierz DC typ PAS-3
zasilacz napięciowy typ ZNR-2
TABELE POMIARÓW I WYNIKÓW
Tabel nr 1 - wielkości pomiarowe
L.p. |
Czas *[min.] |
Temp. t1 [*C] |
Temp. t2 [*C] |
Temp. t3 [*C] |
Temp. t5 [*C] |
Temp. tśred. [*C] |
Temp t4 [*C] |
Napięcie U[V] |
Natężenie prądu I [A] |
Moc P =Q [W] |
1 |
1 |
13,2 |
13,2 |
13,4 |
11,8 |
12,9 |
12,9 |
19,7 |
0,63 |
12,4 |
2 |
6 |
14,6 |
13,9 |
14,4 |
14,8 |
14,4 |
18,8 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
3 |
11 |
14,8 |
14,4 |
14,8 |
15,1 |
14,8 |
25,9 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
4 |
16 |
15,3 |
14,8 |
15,3 |
15,3 |
15,2 |
32,9 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
5 |
21 |
15,5 |
15,3 |
15,5 |
15,8 |
15,5 |
38,1 |
19,5 |
0,62 |
12,1 |
6 |
26 |
16,0 |
15,8 |
16,0 |
16,2 |
16,0 |
42,6 |
19,5 |
0,62 |
12,1 |
7 |
31 |
16,5 |
16,5 |
16,5 |
16,9 |
16,7 |
46,6 |
19,5 |
0,62 |
12,1 |
8 |
36 |
17,2 |
16,9 |
17,2 |
17,6 |
17,2 |
49,9 |
19,5 |
0,62 |
12,1 |
9 |
41 |
17,9 |
17,9 |
17,9 |
18,4 |
18,0 |
52,9 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
10 |
46 |
18,4 |
18,4 |
18,1 |
18,8 |
18,4 |
55,5 |
19,7 |
0,60 |
11,8 |
11 |
51 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
19,8 |
19,5 |
57,9 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
12 |
56 |
19,8 |
20,0 |
20,0 |
20,5 |
20,0 |
60,0 |
19,6 |
0,62 |
12,2 |
13 |
61 |
20,5 |
20,5 |
20,5 |
20,1 |
20,4 |
61,9 |
19,7 |
0,62 |
12,2 |
t1, t2, t3, t5 - temperatury na kuli zewnętrznej
t4 - temperatura wewnątrz małej kuli
Tabela nr 2 - wielkości służące do sporządzenia wykresu
L.p. |
Czas *[min.] |
Temp. tśred. [*C] |
Temp t4 [*C] |
1 |
1 |
12,9 |
12,9 |
2 |
6 |
14,4 |
18,8 |
3 |
11 |
14,8 |
25,9 |
4 |
16 |
15,2 |
32,9 |
5 |
21 |
15,5 |
38,1 |
6 |
26 |
16,0 |
42,6 |
7 |
31 |
16,7 |
46,6 |
8 |
36 |
17,2 |
49,9 |
9 |
41 |
18,0 |
52,9 |
10 |
46 |
18,4 |
55,5 |
11 |
51 |
19,5 |
57,9 |
12 |
56 |
20,0 |
60,0 |
13 |
61 |
20,4 |
61,9 |
5. WYKRES
6. OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA *
dla temperatury końcowej uzyskanej w pomiarach
Q ( 1/r1 - 1/r2) 12,2 (1/0,03 - 1/0,0775)
*= = =
4* (t1-t2) 4* (61,9 -20,4)
= 0,478 [W/m*K]
dla punktu pomiarowego 5
Q ( 1/r1 - 1/r2) 12,2 (1/0,03 - 1/0,0775)
*= = =
4* (t1-t2) 4* (38,1 - 15,5)
= 0,649 [W/m*K]
gdzie:
Q - ciepło dostarczone równe mocy grzałki N
r1- promień kuli mniejszej (wewnętrznej)
r2 - promień kuli zewnętrznej
t1 - temperatura wewnątrz mniejszej kuli
t2 - temperatura na zewnątrz większej kuli
WNIOSKI
Z przeprowadzonych pomiarów i obliczeń łatwo zauważyć, że wraz ze wzrostem różnicy temperatur między kulami współczynnik * maleje. W ćwiczeniu uzyskana wartość końcowa współczynnika przewodzenia ciepła dla badanego piasku *=0,478[W/mK]. Otrzymana wartość współczynnika * jest różna od wartości zamieszczonej w tabeli i wynoszącej w granicach 0,325-0,350 W/mK. Różnica ta jest wywołana tym, że w ćwiczeniu wartości temperatur dla których był obliczony współczynnik nie buły ustalone, to znaczy ostatni pomiar był wykonany gdy temperatura nadal wzrastała. Dla wartości tabelarycznych obliczenia wykonuje się gdy temperatury utrzymują swą niezmienną wartość przez przynajmniej 24 godziny.