LABORATORIUM

CHŁODNICTWA I KRIOGENIKI

Temat:

„Badanie właściwości naczynia termicznego”

Prowadzący: dr inż. Agnieszka Piotrowska

Ocena:………………

Skład grupy:

………………………………………………………….

………………………………………………………….

Uwagi:

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

1. Wstęp teoretyczny i cel ćwiczenia

Ćwiczenie miało na celu porównanie sprawności izolacji działania dwóch termosów z izolacją próżniową oraz z
izolacją ścianek termosu wyłącznie powietrzem, a także wyznaczenie charakterystyki kalibracji termopar na
podstawie teoretycznych temperatur i zmierzonych w laboratorium.

2. Schemat pomiarowy

3. Tabela pomiarowa

Pomiar z izolacją próżniową

𝐿𝑝

𝑡

1

𝑡

2

𝑡

3

𝑡

4

𝑤

𝑤

𝐾

𝑔

𝑘𝑔

1.

288,2

297,3

283,8

277,0

371,4

0,371

2.

287,5

297,4

282,9

276,4

370,2

0,370

3.

286,7

297,4

282,1

276,0

369,5

0,370

4.

286,0

297,1

281,3

275,6

367,4

0,367

5.

285,3

297,3

280,8

275,5

368,6

0,369

6.

285,0

297,2

281,0

275,3

367,7

0,368

7.

284,4

297,2

279,8

275,0

366,3

0,366

8.

283,8

297,2

279,5

275,3

365,5

0,366

9.

282,9

297,3

278,8

275,4

364,4

0,364

10.

282,4

297,3

278,3

275,5

362,1

0,362

11.

281,9

297,3

278,0

275,5

362,0

0,362

12.

281,6

297,3

277,8

275,6

360,8

0,361

13.

281,1

297,2

277,6

275,7

359,4

0,359

14.

280,6

297,3

277,6

275,9

358,6

0,359

15.

280,5

297,3

277,6

275,8

357,8

0,358

16.

280,4

297,3

277,6

275,5

356,9

0,357

17.

280,1

297,3

277,4

275,4

356,1

0,356

18.

279,9

297,3

278,3

275,7

355,2

0,355

19.

279,9

297,3

278,0

275,0

354,2

0,354

20.

279,9

297,2

278,1

275,2

353,4

0,353

21.

280,0

297,1

278,0

275,0

352,4

0,352

Pomiar bez izolacji

𝐿𝑝

𝑡

1

𝑡

2

𝑡

3

𝑡

4

𝑤

𝑤

𝐾

𝑔

𝑘𝑔

1.

265,1

297,1

255,5

259,6

333,0

0,333

2.

249,4

297,1

249,4

255,9

323,1

0,323

3.

243,7

297,0

246,6

253,6

315,4

0,315

4.

237,1

296,9

245,5

253,2

309,0

0,309

5.

230,6

296,9

244,7

252,8

303,8

0,304

6.

224,9

296,9

244,7

253,0

297,7

0,298

7.

221,4

296,9

244,6

254,4

293,1

0,293

8.

218,1

296,8

244,4

253,1

287,7

0,288

9.

215,0

296,8

244,4

251,1

281,9

0,282

10.

220,9

296,7

244,7

253,5

278,4

0,278

11.

220,1

296,6

244,3

253,5

272,2

0,272

12.

230,0

296,6

244,3

254,4

268,9

0,269

13.

232,5

296,6

244,4

254,4

265,3

0,265

14.

232,3

296,7

245,0

254,4

261,0

0,261

15.

232,3

296,6

244,4

254,8

256,3

0,256

16.

231,8

296,6

244,8

255,0

252,8

0,253

17.

231,9

296,6

245,0

255,8

248,5

0,249

18.

233,1

296,7

45,8

256,5

244,6

0,245

19.

232,3

296,8

245,4

256,3

240,5

0,241

20.

231,5

296,7

244,9

256,0

236,6

0,237

Wysokość zainstalowania termopar na termosie

𝑡

1

𝑡

2

𝑡

3

𝑡

4

𝑚𝑚

1.

0

45

85

140

4. Przykładowe obliczenia i wzory

Do wyliczenia ile strat ciepła występuje na danej wysokości termosu potrzebny jest nam bilans ciepła.

𝑄̇ = 𝑚̇ ∗ 𝑐𝑝 ∗ (𝑇

𝑜

− 𝑇

𝑚

)

𝑄̇-ciepło oddane przez ciekły azot do otoczenia

𝑚̇-masa azotu

𝑐𝑝-ciepło właściwe ciekłego azotu (1,04 kJ/kg)

𝑇

𝑜

-temperatura otoczenia (przyjęłam 20 ̊C)

𝑇

𝑚

-temperatura zmierzona na różnej wysokości termosu

Pomiar 1. z izolacją próżniową

𝑄̇ = 0,333 ∗ 1,04 ∗ (293,15 − 265,1) = 1,91

5. Tabela obliczeń

Z izolacją próżniową

Bez izolacji

𝐿𝑝

𝑄̇

𝑡

1

𝑄̇

𝑡

2

𝑄̇

𝑡

3

𝑄̇

𝑡

4

𝐽

𝑘𝑔

1.

9,71

-1,37

13,04

11,62

2.

14,70

-1,33

14,70

12,52

3.

16,22

-1,26

15,27

12,97

4.

18,01

-1,21

15,31

12,84

5.

19,76

-1,18

15,31

12,75

6.

21,13

-1,16

15,00

12,43

7.

21,87

-1,14

14,80

11,81

8.

22,46

-1,09

14,59

11,98

9.

22,91

-1,07

14,29

12,33

10.

20,92

-1,03

14,03

11,48

11.

20,68

-0,98

13,83

11,22

12.

17,66

-0,96

13,66

10,84

13.

16,73

-0,95

13,45

10,69

14.

16,52

-0,96

13,07

10,52

15.

16,22

-0,92

12,99

10,22

16.

16,13

-0,91

12,71

10,03

17.

15,83

-0,89

12,44

9,65

18.

15,28

-0,90

62,92

9,32

19.

15,22

-0,91

11,94

9,22

20.

15,17

-0,87

11,87

9,14

𝐿𝑝

𝑄̇

𝑡

1

𝑄̇

𝑡

2

𝑄̇

𝑡

3

𝑄̇

𝑡

4

𝐽

𝑘𝑔

1.

1,91

-1,60

3,61

6,24

2.

2,18

-1,64

3,95

6,45

3.

2,48

-1,63

4,25

6,59

4.

2,73

-1,51

4,53

6,71

5.

3,01

-1,59

4,73

6,77

6.

3,12

-1,55

4,65

6,83

7.

3,33

-1,54

5,09

6,91

8.

3,55

-1,54

5,19

6,79

9.

3,88

-1,57

5,44

6,73

10.

4,05

-1,56

5,59

6,65

11.

4,24

-1,56

5,70

6,64

12.

4,33

-1,56

5,76

6,59

13.

4,50

-1,51

5,81

6,52

14.

4,68

-1,55

5,80

6,43

15.

4,71

-1,54

5,79

6,46

16.

4,73

-1,54

5,77

6,55

17.

4,83

-1,54

5,83

6,57

18.

4,89

-1,53

5,49

6,45

19.

4,88

-1,53

5,58

6,69

20.

4,87

-1,49

5,53

6,60

21.

4,82

-1,45

5,55

6,65

7. Wnioski:

Podczas doświadczenia prawdopodobnie odkleiła nam się termopara nr 2, która nie wskazywała odpowiedniej
temperatury, stąd też minusowy wynik przy obliczaniu wymiany ciepła z otoczeniem.

Po obliczeniach można zauważyć, że próznia sama w sobie działa jako izolator ciepła. Po wypompowaniu
powietrza ze ścianek termosu otrzymaliśmy podciśnienie równe 3,7 ∗ 10

−3

Pa. Podczas, gdy wlaliśmy ciekły azot

do termosu i zakryliśmy go styropianową pokrywką, zauważyć po obliczeniach można, że więcej ciepła ubyło z
naczynia bez izolacji próżniowej. A różnice bardzo duże.

Podczas 10 min doświadczenia z izolacją próżniową straty ciepła wyniosły na najniższej wysokości 2,91

𝐽

𝑘𝑔

, a na

najwyżeszj 0,41. Natomiast w naczyniu bez izolacji na najniższej wysokości 5,46

𝐽

𝑘𝑔

, a na najwyżeszej -2,48

𝐽

𝑘𝑔

.

Doświadczenie dowiodło nam, że termos w którym znajduje się próżnia między ściankami dłużej utrzyma
pożądaną temperaturę cieczy niż termos, który jej nie posiada.