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.