Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego

Grupa I, sekcja 5

Jarosław Olczyk

Lesław Kaczor

Gliwice 18.05.1994

1.Opis teoretyczny.

Ciepło jest to energia, jaką układ o wyższej temperaturze przekazuje znajdującemu się z nim w kontakcie cieplnym układowi o niższej temperaturze w procesie dochodzenia obu układów do równowagi cieplnej. W procesie tym energia wewnętrzna układu o wyższej temperaturze maleje, a energia wewnętrzna układu o niższej temperaturze rośnie. Ciepła nie należy utożsamiać z energią wewnętrzną układu. Jest ono wielkością fizyczną analogiczną do pracy. Energia wewnętrzna układu jest jednoznacznie określona przez parametry stanu układu. Natomiast ciepło nie charakteryzuje ani stanu początkowego, ani stanu końcowego układu, a tylko sam proces zmian energii. Ilość ciepła jaką należy dostarczyć układowi, aby jego temperatura wzrosła od temperatury początkowej T0 do temperatury końcowej T1, zależy od tego, w jakich warunkach przebiega proces wymiany cieplnej.

Różnice w przewodzeniu ciepła przez ciała materialne są bardzo znaczne. Zależność tą wyraża wzór :

gdzie

l - współczynnik przewodnictwa cieplnego

Współczynnik przewodnictwa cieplnego jest to ilość ciepła przepływająca przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu w kierunku gradientu temperatury jeśli wynosi on zero.

W naszym doświadczeniu układ składający się z marmuru, drewna i piaskowca z jednej strony podgrzewamy, a z drugiej chłodzimy. Od momentu zagotowania się wody, co minutę notujemy kolejne wskazania miliwoltomierza pokazującego różnicę sił termoelektrycznych termopar. Termopara jest to układ dwóch różnych przewodników, w którym na skutek różnicy temperatur między jego końcami jest wytwarzana siła elektromotoryczna.

gdzie

A - stała termopary

Gdy ustalą się parametry układu, to możemy porównać strumienie ciepła przepływające przez kolejne substancje, czyli :

Z czego po podstawieniu powyższych wzorów otrzymujemy końcowy wzór, z którego obliczamy współczynnik przewodnictwa cieplnego dla drewna i piaskowca :

gdzie

- współczynnik przewodnictwa cieplnego marmuru

2.Opis ćwiczenia.

Układ złożony ze stykająćych się płytek z marmuru, piaskowca i drewna był grzany od strony marmuru i chłodzony od strony drewna. Cały czas były mierzone temperatury, przy pomocy termopar, pomiędzy tymi materiałami i tak kiolejno :

DU3 - różniżnca napięć na marmurze

DU2 -różnica napięć na piaskowcu

DU1 -różnica napięć na wszystkich trzech płytkach

z tego: DU1-DU2-DU3 - różnica napięć na drewnie

Pomiary buły wykonywane co 1 minutę do czasu aż wartości poszczególnych napięć się ustalą.Po ostaleniu się napięć można uznać, że strumień ciepła jest stały. Na podstawie ostatnich pomiarów zostały dokonane obliczenia.

3.Opracowanie wyników pomiarów.

Błąd pomiaru napięć :1/3 ostatniej dekady miernika cyfrowego DUi = 0.03 mV

Grubość mammurowej płytki d1 = 24.5 mm = 2.45 *10-4 m

Błąd był liczony z różniczki zupełnej :

1.Obliczenie współczynnika przenikalności cieplnej dla piaskowca.

Grubość piaskowca :dx1 = 17.0mm = 1.7 *10-4 m

1.Obliczenie współczynnika przenikalności cieplnej dla drewna.

Grubość drewna :dx2 = 17.8mm = 1.78 *10-4 m

4.Podsumowanie.

Na ewentualne błędy mogły mieć wpływ następujące czynniki:

- niedokładne stykanie się płytek (widoczne w przyrządzie) które mogło mieć wpływ na przepływ ciepła pomiędzy płytkami,

- termpoary mierzą punktowo temperaturę pomiędzy kolejnymi płytkami na skutek czego temperatura mierzona może się różnić od średniej temperatury pomiędzy płytkami,

- część energii cieplnej "uciekała" w czasie doświadczenia przez brzegi płytek.

---