wiczenie 11 „PRZEWODNICTWO CIEPLNE”
Temat: Przewodnictwo cieplne metali.
Cel: Wyznaczenie wspóczynnika przewodnictwa cieplnego metali.
Przyrzdy: Modu grzewczy, zasilacz regulowany, woltomierz, amperomierz i miliwoltomierz cyfrowy.
Literatura: R. Resnick, D. Halliday, FIZYKA, t. II, § 22-4
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, PODSTAWY FIZYKI, t. 2, § 19,11
I. Metoda pomiaru.
Róne materiay w rónym stopniu przewodz ciepo. Strumie ciepa okrelamy jako ilo energii cieplnej przepywajcej w jednostce czasu przez okrelon powierzchni przewodzcego materiau. Strumie ciepa Ö pyncy w jednym kierunku, jest proporcjonalny do gradientu temperatury ÄT/Äx (rónicy temperatury przypadajcej na jednostk dugoci) oraz do powierzchni S prostopadej do kierunku strumienia.
(1)
Znak „-” oznacza, e przepyw ciepa nastpuje w kierunku malejcej temperatury. Wspóczynnik ë nazywamy wspóczynnikiem przewodnictwa cieplnego i mierzymy w W/(m K). Warto tego wspóczynnika decyduje o tym czy dany materia jest dobrym przewodnikiem ciepa np. metale (ë- due) czy zym przewodnikiem zwanym materiaem izolacyjnym np. drewno, styropian (ë mae).
W wiczeniu wyznacza si warto wspóczynnika ë dla okrelonego metali.
W tym celu korzystamy z ukadu pomiarowego przedstawionego na rys 1. Ukad ten skada si z moduu grzewczego zawierajcego badany prt z zestawem termopar sucych do pomiaru temperatury w rónych punktach prta, zasilacza regulowanego, woltomierza, amperomierza i miliwoltomierza sucego do pomiaru napi na zczach termoparowych.
Rys.1. Schemat ukadu pomiarowego do badania przewodnictwa cieplnego metali.
Ze wzgldu na dobr izolacj ciepln prta i grzaki w uywanym module grzewczym moemy przyj, e po ustabilizowaniu si warunków grzania i przepywu ciepa cae wydzielone na grzace ciepo przepywa do prta i zaniedba odpyw ciepa przez cianki boczne. Zatem strumie ciepa wydzielonego przez grzak bdzie pyn w jednym kierunku. Termopara 7 jest w kontakcie cieplnym z elementem miedzianym (bardzo dobrym przewodnikiem ciepa) zanurzonym w wodzie z lodem (dobrym punktem odniesienia o temperaturze 0oC). Do niej podczamy jeden z zacisków miliwoltomierza a drugi zacisk podczamy kolejno do termopar oznaczonych numerami 0, 1, 2, ... 6. Po zaczeniu grzaki pomiary moemy rozpocz wtedy gdy ukad osignie stan termodynamicznie ustalony tzn. w którym rozkad temperatur nie zmienia si w czasie. Przekonamy si o tym obserwujc napicie na miliwoltomierzu podczonym do zacisku 0. Teraz dopiero dokonujemy pomiaru zalenoci temperatury T od odlegoci x , a nastpnie sporzdzamy wykres tej zalenoci. Ze wzgldu na jednokierunkowy przepyw ciepa punkty pomiarowe powinny ukada si na linii prostej. Metod najmniejszych kwadratów dopasowujemy zalenoci liniow, a wyznaczony wspóczynnik kierunkowy A okrela gradient temperatury ( A = ÄT/Äx). Zakadajc, e caa moc grzaki przechodzi do prta strumie cieplny Ö bdzie równy mocy prdu zasilania grzaki U2/R. Po podstawieniu tego do wzoru (1) i przeksztaceniu otrzymujemy wzór pozwalajcy wyznaczy wspóczynnik ë.
(2)
gdzie: d - oznacza rednic prta. W niniejszym wiczeniu uywane s prty o rednicy d = (10,0 ± 0,1) mm
Wykonanie i opracowanie wiczenia.
Poczy obwód w/g schematu ideowego (rys. 1).
Napeni naczynie kalorymetryczne wod z lodem. Odczeka ok. 10 min. a mieszanina osignie stan równowagi termodynamicznej.
Wczy zasilanie grzaki, ustalajc napicie w zakresie ( 4 - 7 V).
Miliwoltomierz podczy do zacisków (7; 0) i obserwowa jego wskazania.
Gdy ukad osignie stan ustalony, zmierzy napicia na termoparach umieszczonych w rónych miejscach prta, przeczajc zacisk miliwoltomierza z pooenia 0 kolejno do pooe 1, 2, 3, ... 6 i zanotowa wyniki w tabeli.
Tabela.. Wyniki pomiarów zalenoci temperatury prta od odlegoci.
moc grzania
R = (2.2 ± 0,1) Ui = P i=
nr zacisku
1
2
3
4
5
6
napicie [mV]
pooenie x[mm]
temperatura T[oC]
Pytania kontrolne.
Wiedzc, e termopary umieszczone s w jednakowych odlegociach od siebie i równych (10 ±1) mm, ustali ich pooenia.
Wiedzc, e wspóczynnik kierunkowy nachylenia charakterystyki termopary wynosi 4 mV/K okreli temperatury w poszczególnych pooeniach i wpisa je do tabeli.
Nanie na wykres T = f(x) punkty pomiarowe zamieszczone w tabeli.
Wyznaczy analityczn zaleno temperatury od odlegoci korzystajc z metody najmniejszych kwadratów: T = A?x + B (3)
10. Na podstawie uzyskanych wyników narysowa zaleno T(x) oraz nanie prostokty niepewnoci punktów pomiarowych. Przykadowy wykres przedstawia rys. 2.
Rys. 2.
11. Obliczy powierzchnie S przekroju poprzecznego prta wiedzc, e jego promie r = (5,0 ±0,05)mm.
12. Korzystajc ze wzoru (2) obliczy warto wspóczynnika przewodnictwa cieplnego ë .
13. Obliczy niepewno pomiaru u(ë) posugujc si wzorem:
(4)
14. Powtórzy pomiary dla trzech rónych mocy zasilania grzaki i dla kadego z nich wyznaczy ëi i u( ë i) dla (i = 1, 2, 3).
15. Przeanalizowa otrzymane wyniki. Oceni czy s zgodne w granicach niedokadnoci pomiaru.
16. Sformuowa wnioski. Tu naley okreli róda niedokadnoci pomiaru, przyczyny rozbienoci pooe punktów pomiarowych od linii prostej
1. Wyjani mechanizm przepywu ciepa.
2. Czym charakteryzuj si dobre, a czym ze przewodniki ciepa? Przykady.
3. Co rozumiemy pod pojciem gradientu temperatury?
4. Od czego zaley strumie ciepa?
5. Co to jest termopara i w jaki sposób z jej pomoc mona mierzy temperatur?
6. Wyjani metod pomiaru wspóczynnika przewodnictwa cieplnego.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
INSTRUKCJE, Ćw nr 11. Przewodnictwo cieplne, WSB
Ćw nr 11, 11, Sprawozdanie nr 1
INSTRUKCJE, Ćw nr 12. Bilans cieplny, Instrukcja wykonawcza
Biofizyka instrukcja do cw nr 11
Cw nr 11
Ćw nr 11, KRZYSZ~1, Krzysztof Stadnik
Ćw nr 11, KRZYSZ~1, Krzysztof Stadnik
Zestaw ćw nr 11, zestawy ćwiczeń gimnastycznych
Wyznaczanie ciepła topnienia lodu ćw nr 11, PWSZ Krosno budownictwo, Fizyka
Ćw nr 11, L fiz cw11, Sprawozdanie nr 1
Biofizyka instrukcja do cw nr 11
Ćw nr 11 wykres peha
Ćw nr 11, 11d, Krzysztof Stadnik
Cw nr 2, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów
Biofizyka kontrolka do cw nr 11
Ćw. nr 11 - Pomiary oscyloskopem, Ćw. nr 11 - Pomiary oscyloskopem
więcej podobnych podstron