Maria Jaroch 15.04.2003r.

Magdalena Suchowolec

DZS-PK1 pl.I

grupa B

ĆWICZENIE C1 Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych

1. Wstęp teoretyczny.

Ciepło to ilość energii przekazywana samorzutnie od ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej.

Rozróżniamy dwa stany ruchu ciepła:

• ustalony; gdy pole temperatur jest funkcją współrzędnych położenia

• nieustalony; gdy pole temperatur jest funkcją współrzędnych położenia i czasu

Istnieją trzy mechanizmy przenoszenia ciepła:

• promieniowanie

• konwekcja

• przewodzenie

Podstawowe równanie opisujące zjawisko przewodzenia nosi nazwę równania Fouriera i dla przewodzenia jednokierunkowego ma ono postać:

gdzie:

q - strumień ciepła przewodzonego w kierunku osi x

A - pole przekroju poprzecznego w kierunku prostopadłym do osi x

λ - współczynnik przewodności cieplnej

Współczynnik przewodności cieplnej określa zdolność przewodzenia ciepła. Jest to ilość ciepła jaka przepływa pod wpływem różnicy temperatur 1K na drodze 1m przez powierzchnię 1m² w ciągu 1s.

Ciepło przechodzi od ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej więc ΔT<0. W związku z tym aby współczynnik był dodatni przyjęto w równaniu Fouriera znak minus.

2.Opis ćwiczenia.

Zasada wyznaczania współczynnika przewodności cieplnej oparta jest na zjawisku przewodzenia ciepła w stanie ustalonym. Ciepło przewodzone jest przez płytkę o powierzchni A i grubości d przy czym różnica temperatur od strony grzejnika i chłodnicy jest stała i wynosi ΔT. Znając moc grzejnika i korzystając z otrzymanych pomiarów z równania Fouriera możemy wyznaczyć współczynnik przewodności cieplnej.

Próbkę umieszczamy między grzejnikiem a chłodnicą (układ termopar). Zakładamy, że całe ciepło wytwarzane w grzejniku jest odbierane w układzie chłodzącym, a straty ciepła przenikającego na boki są pomijane ze względu na niewielką grubość próbki w stosunku do jej powierzchni. Grzejnik płytowy zapewnia równomierne wydzielanie się ciepła na całej powierzchni po obu jego stronach. Powierzchnia grzejna jest równa powierzchni blach po obu stronach grzejnika. Układ zasilany jest prądem stałym z zasilacza o stabilizowanym napięciu.

3. Wyniki.

Wyniki pomiarów przedstawia tabela:

Długość blachy a [mm]		Szerokość blachy b [mm]		Grubość próbki d [mm]
227 227 227		226 226 227		3,8 3,7 3,9 3,9 4,0
aśr [mm]	227	bśr [mm]	226	dśr [mm]	3,9
aśr [m]	0,227	bśr [m]	0,226	dśr [m]	0,0039
Δaśr [m]	0,002	Δbśr [m]	0,002	Δdśr [m]	0,001

• notujemy co 1min Napięcia termoelektryczne w procesie nagrzewania dla obu płyt. Pomiary kończymy w momencie ustalenia wymiany ciepła.

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,11	0,24	0,33	0,40	0,46	0,52	0,56	0,60	0,63	0,66
		Dolne	0,11	1,20	0,29	0,37	0,43	0,49	0.53	0,57	0,60	0,63

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,68	0,70	0,72	0,73	0,75	0,76	0,76	0,77	0,78	0,78
		Dolne	0,65	0,67	0,68	0,70	0,71	0,72	0,73	0,73	0,74	0,74

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78
		Dolne	0,74	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,78	0,78
		Dolne	0,75	0,75

4. Obliczenia.

Nazwa materiału próbki	płyta pilśniowa		Błąd bezwzględny		Błąd względny
Średnia różnica temperatur		19,125		0,25		0,013
Natężenie prądu	I [A]	0,73	[A]	0,01		0,137
Napięcie	U [V]	56,3	[V]	0,1		0,001
Współczynnik przewodności cieplnej		0,096		0,007		0,0742

5. Rachunek błędów.

6. Wnioski.

Badana próbka z płyty pilśniowej ma niewielki współczynnik przewodności cieplnej z czego wynika że jest ona dobrym izolatorem. Użyta w doświadczeniu metoda to jedna z najprostszych metod pomiaru przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych. Jej wadą jest jednak zbyt długi czas oczekiwania na ustalenie się równowagi cieplnej.

---