KRZYSZTOF SAMULAK FIZYKA LABORATORJUM

1. Temat ćwiczenia.

Przepływ ciepła w metalach - pomiar współczynnika przewodności cieplnej.

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiaru przewodnictwa cieplnego. Ćwiczenie to opiera się na wyznaczaniu współczynnika przewodności cieplnej oraz na sprawdzeniu praw Wiedemanna- Franca.

3. Stanowisko pomiarowe.

Stanowisko pomiarowe składa się z trzech cylindrycznych próbek o jednakowych średnicach. Środkowa próbka wykonana jest z materiału badanego a górna i dolna z materiału wzorcowego. Dolna próbka ogrzewana jest płytą grzejna natomiast górna styka się z chłodnicą. W jednakowych odległościach na każdej z próbek rozmieszone są końcówki temperatur różnicowych 1- 2, 3- 4, 5- 6 które mają różnice temperaturΔT_1, ΔT₂, ΔT₃.

Gdy ΔT₁ = ΔT₃ słuszna jest zależność λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂.

Badana próbka jest wykonana z miedzi. Temperatura jest odczytywana za pomocą rejestratora wielokanałowego, różnica temperatur nie może być mniejsza niż 10%. Dla temperatury T należy odczytać współczynnik przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej z wykresu

λ = f(T) który jest wyłożony na stanowisku badawczym.

4. Pomiary, obliczenia, wykres.

• Dla temperatury T= 230°C.

Lp.	Temp °C	Temp. otoczenia	273 °C	Różnica temperatur
T1	142	25	167	ΔT1= 17
T2	125				150
T3	108				133	ΔT2= 1
T4	107				132
T5	96				121	ΔT3= 17
T6	79				104

Określanie temperatury próbki badanej

T = 0,5(T₄ + T₃) = 0,5(132°C + 133°C) = 0,5 * 265°C = 132,5°C

Dla wyliczonej temperatury T określany za pomocą wykresu λ = f(T) wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej

λ₁ = 16,62 [W/m°C]

Określamy wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanej.

λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂

λ₂ = (λ₁*ΔT₁)/ ΔT₂ = (16,62*17)/1 = 282,54 [W/m°C]

- Dla temp. T = 260 °C

Lp.	Temp °C	Temp. Otoczenia	273 °C	Różnica temperatur
T1	158	25	183	ΔT1= 22
T2	136				161
T3	116				141	ΔT2= 1
T4	115				140
T5	102				127	ΔT3= 22
T6	80				105

Określamy temperaturę próbki badanej

T = 0,5(T₄ + T₃) = 0,5(140°C + 141°C) = 0,5 *281°C = 140,5°C

Dla wyliczonej temperatury T określany za pomocą wykresu λ = f(T) wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej

λ ₁ = 16,82 [W/m°C]

Określamy wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanej.

λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂

λ₂ = (λ₁*ΔT₁)/ ΔT₂ = (16,82*22)/1 = 370 [W/m°C]

Obliczamy przewodność właściwą przy temperaturze T dla

δ(T) = δ(T₀) [1-a(T-T₀)]

δ(T₀) = 5,8478*10⁷ [s/m] ,a = 10^-4[1/K]

Przewodność właściwa pomiaru pierwszego.

δ(T) = 58470000* (1 - 0,0001* 405,5-298] = 5,7 * 10⁷ [s/m]

Przewodność właściwa pomiaru drugiego.

δ(T) = 58470000* (1-0,0001* [413,5- 298] = 5,7*10⁷ [s/m]

Sprawdzamy wzór Wiedmanna-Franza.

5. Wnioski

Z wykresu wnioskujemy iż wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego jest wprost proporcjonalna do temperatury to znaczy iż wzrost temp. powoduje wzrost współczynnika przewodnictwa cieplnego, natomiast spadek temp. powoduje spadek przewodnictwa cieplnego.

---