Laboratorium podstaw fizyki	Ćwiczenia nr 28 Temat: pomiar przewodności cieplnej izolatorów.
Joanna Dużyk 162718 wydz. chemiczny, rok I, gr. 3	Pt. 11:15	Ocena
	23.05.2008

1. Zestaw przyrządów:

• urządzenie do pomiaru przewodnictwa cieplnego izolatorów,

• zasilacz z regulatorem temperatury,

• cyfrowy miernik temperatury,

• termopara,

• zestaw izolatorów,

• suwmiarka,

• śruba mikrometryczna,

• stoper.

2. Cel ćwiczenia;

Wyznaczanie przewodności cieplnej izolatora.

3. Opis układu pomiarowego:

Urządzenie do pomiaru przewodności cieplnej składa się z dwóch części: źródła ciepła P₁ ogrzewanego elektrycznie do temperatury 70°C i odbiornika ciepła P₂, którym jest miedziana, bądź mosiężna płyta. Między źródłem a odbiornikiem umieszcza się badany izolator, który ma kształt płaskiego krążka.

Różnica temperatur między powierzchnią górną i dolną izolatora jest mierzona za pomocą termopary, której jedno spojenie umieszczono w górnej części źródła ciepła P₁, a drugie w dolnej części odbiornika ciepła P₂. Różnica potencjałów jaka wytworzy się między dwoma spojeniami termopary jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur między nimi. Tę różnicę temperatur wskazuje cyfrowy miernik temperatury.

4. Wzory:

• szybkość stygnięcia n odbiornika ciepła, na podstawie wykresu zależności róznicy temperatur T od czasu t.

gdzie T_k i t_k oraz T_p i t_p oznaczają wartości współrzędnych punktów końcowego i początkowego

prostoliniowej części wykresu.

• Współczynnik przewodności cieplnej:

gdzie m_i – masa odbiornika ciepła (690,5±0,5)g

c_i- ciepło właściwe materiału, z którego wykonany jest odbiornik ciepła (ciepło właściwe miedzi miedzi 385±1 J/kg*K),

n – szybkość stygnięcia odbiornika

ciepła,

d_1, r₁ – grubość i promień płytki badanego izolatora,

d, r – grubość i promień odbiornika ciepła,

T_Δ – różnica temperatur w stanie równowagi cieplnej układu.

5. Tabele pomiarowe:

m. kg	Δm kg	c. J/kg*K	Δc J/kg*K	n. K/s	Δn K/s	TΔ K	ΔTΔ K	d.1 mm	Δd1 mm	2r1 mm	Δ2r1 mm	d. mm	Δd mm	2r mm	Δ2r mm	k. J/m*s*K	Δk J/m*s*K
0,691	0,0005	385	1	1,54	0,023	4,4	0,1	2,70	0,13	69,30	0	20,00	0,5	69,30	0,3	0,162	0,005
								2,50	0,07	69,40	0,1	21,00	0,5	69,60	0
								2,40	0,17	69,60	0,3	20,00	0,5	69,60	0
								2,60	0,03	69,20	0,1	20,50	0	70,00	0,4
								2,60	0,03	69,30	0	19,90	0,6	70,50	0,9
								2,50	0,07	69,40	0,1	20,00	0,5	69,80	0,2
								2,60	0,03	69,20	0,1	21,00	0,5	69,40	0,2
								2,60	0,03	69,30	0	21,00	0,5	69,00	0,6
								2,70	0,13	69,30	0	21,50	1,5	69,40	0,2
								2,50	0,07	69,40	0,1	20,00	0,5	69,60	0
WARTOŚCI ŚREDNIE								2,57	0,08	69,30	0,1	20,50	0,5	69,60	0,3

WYKRES ZALEŻNOŚCI WSKAZAŃ MIERNIKA RÓŻNICY TEMPERATUR OD CZASU t:

PRZYKŁADOWE OBLICZENIA:

dla prostoliniowej części wykresu: t_p=92s, t_k=279s, T_p = 4,4°C=277,4K, T_k = 8,8°C = 281,8K

T_Δ = 4,4°C=277,4K

n = 277,4/ 279 – 92 = 1,54K/s

Δn/n = ΔdT/dT + Δdt/dt = 0,1/4,4 + 0,1/ 182 = 0,022+0,001+0,023K/s

k=0,6905*385*1,54*(20,57*10^-3)(34,8*10^-3+ 2*0,0205*10^-3) / 6,28*34,65²* 4,4(34,8*10^-3+20,5*10^-3)= 1,62*10^-1=0,162[J/m*s*K]

Δk/k=Δc/c + Δm/m + Δn/n + Δd₁/d₁ + Δr₁/r₁ + ΔT/T + [dΔr + rΔd/(r+d)(r+2d)] = 0,003+0,001+0,2+0,004+0,001+0,05+ (20,57*10^-3 * 0,15*10^-3 + 34,7*10^-3 * 0,5*10^-3/(34,8*10^-3+20,5*10^-3)(34,8*10^-3+41*10^-3)=0,005

Δk=0,179

6. Wnioski:

Wzór na obliczenie współczynnika przewodności cieplnej jest pewnym

przybliżeniem. Na błąd wpływają dodatkowe wypromieniowanie ciepła z

brzegów badanej płytki,występowanie prądów konwekcyjnych, które dają

różnice w stygnięciu górnej i dolnej powierzchni płytki odbiornika.

Założenia proporcjonalności wypromieniowanego ciepła do wielkości jest

również przybliżeniem.