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.

---