KRZYSZTOF SAMULAK FIZYKA LABORATORJUM
Temat ćwiczenia.
Przepływ ciepła w metalach - pomiar współczynnika przewodności cieplnej.
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.
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 temperaturΔT1, 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.
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.
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.