FIZYCZNE PODSTAWY PRZEWODNICTWA CIEPLNEGO STOPÓW

1. Przebieg doświadczenia

Badanie przeprowadzone zostało dla próbki żelaza Fe. Zastosowano dwie próbki wzorcowe 12H18NIOT. Pomiar współczynnika przewodności cieplnej λ w funkcji temperatury należało przeprowadzić metodą porównawczą. Pomiar polegał na uzyskaniu różnicy temperatur ΔT₁≅ΔT₃. Stanowisko pomiarowe składa się z płyty grzejnej, na której ustawia się stos trzech próbek, jednej badanej i dwóch wzorcowych. Temperatury próbek mierzone są za pomocą mikrotermopar przy pomocy rejestratora wielokanałowego. W celu minimalizacji strat przez powierzchnie walcowe próbek i wywołania osiowego przepływu ciepła, stos próbek otoczony jest ekranem i pierścieniem izolacyjnym, a na górną próbkę nakłada się miedzianą, bądź mosiężną chłodnicę.

2. Obliczenia

Po doświadczeniu należało przeprowadzić następujące obliczenia:

1. Obliczenie współczynnika przewodności cieplnej dla miedzi λ_Fe

2. Obliczanie współczynnika przewodności elektrycznej σ (T).

3. Sprawdzenie słuszności prawa Wiedemanna-Franza

Obliczenia przeprowadzać można jedynie w przypadku, gdy spełniony jest warunek na podobieństwo różnic temperatur 1 i 3.

1. Obliczanie współczynnika przewodności cieplnej

Korzystamy z zależności:

z której to wyznaczamy:

λ₁ jest współczynnikiem przewodności cieplnej dla próbki (odczytujemy ją z wykresu dla odpowiedniej temperatury T, gdzie:

;

Poniższa tabela przedstawia wyniki odczytów z rejestratora elektronicznego.

Nr Term.	T	ΔT	T	ΔT	T	ΔT
1	143	17	155	21	169	21
2	126				134			147
3	109		3		114		3	125	3
4	106				111			121
5	92		18		96		20	96	20
6	74				76			76

2. Sprawdzanie słuszności prawa Wiedemanna-Franza.

Sprawdzenia dokonuje się na podstawie zależności:

gdzie: L - stała Lorenza ; L = 2,4 10 ^-8 [WΩK]

λ - współczynnik przewodności cieplnej

σ - współczynnik przewodności elektrycznej

Współczynnik przewodności elektrycznej obliczyłem na podstawie wyrażenia:

gdzie: T₀ = 297^oK

σ - współczynnik przewodności elektrycznej ; σ(T₀) = 1,03 10⁷ s/m

a - współczynnik temperaturowy przewodności ; a = 45 10^-4 1/K;

Otrzymane tą drogą wyniki są jedynie przybliżone, ze względu na pewną niedokładność pomiaru i odczytu.

TFe	λFe	σFe	LFe
131,5	94,06	0,53 ⋅ 10 ^7	0,43 ⋅ 10 ^-7
136,5	116,5	0,55 ⋅ 10 ^7	0,55 ⋅ 10 ^-7
147	92,95	0,46 ⋅ 10 ^7	0,48 ⋅ 10 ^-7

3. Wnioski z przeprowadzonego doświadczenia

Doświadczenie przeprowadzone zostało przy pomocy metody porównawczej z wykorzystaniem trzech próbek cylindrycznych, dwóch wzorcowych oraz badanej . Dla metali mocno zanieczyszczonych oraz nieuporządkowanych stopów średnia droga swobodna fononów i elektronów jest w przybliżeniu jednakowa (zależy od stopnia nieuporządkowana stopu), dlatego udział fononów i elektronów w przewodnictwie cieplnym jest podobny. Ćwiczenie polegało na obliczeniu współczynnika przewodności cieplnej dla próbki λ_Fe, oraz sprawdzeniu prawa Wiedemanna-Franza. Prawo to, po uwzględnieniu pewnej tolerancji błędów jest słuszne. Z wykresu dowiadujemy się, że współczynnik przewodności ciepła rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Jest on w przybliżeniu proporcjonalny doT³.

3

---