Laboratorium fizyki
Ćwiczenie nr C1. Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych.
	Grupa I
	Ocena:

Ćwiczenie to polegało na wyznaczeniu współczynnika przewodności cieplnej materiału izolacyjnego. Współczynnik określa ilość ciepła, która przepływa pod wpływem różnicy temperatur 1K na drodze 1m przez powierzchnię 1m². Współczynnik ten oznaczamy grecką literą  i wyrażamy w [ W/m⋅K ]. Przyjmuje on bardzo szeroki zakres wartości od  = 0,04 W/m⋅K (dobry izolator cieplny) do  = 420 W/m⋅K (miedź). Im ten współczynnik jest większy tym lepszym przewodnictwem cieplnym charakteryzuje się dany materiał. Aby dane ciało stałe było izolatorem musi być spełniony warunek  < 1.

W ćwiczeniu wykorzystaliśmy jedną z najprostszych metod, a mianowicie metodę pomiaru przewodności cieplnej w stanie ustalonym. Zbudowaliśmy układ cieplny, w którym ciepło przewodzone było w sposób jednowymiarowy przez dwa prostokątne fragmenty płyty pilśniowej, które umieściliśmy pomiędzy grzejnikiem a chłodnicą po obu stronach płyty grzejnej.

Zmierzyliśmy długość i szerokość płyty grzejnej oraz grubość próbki izolatora. Wyniki tych pomiarów zapisaliśmy w tabeli 1. Złożyliśmy układ cieplny. Włączyliśmy kolejno układ chłodzący, miliwoltomierz cyfrowy i układ grzejny. Podczas trwania procesu nagrzewania notowaliśmy co minutę napięcia termoelektryczne dolnej i górnej płyty, aż do momentu kiedy przez 10 minut napięcia termoelektryczne po obu stronach płyty nie zmieniały się. Wyniki zapisaliśmy w tabeli 2. Odczytaliśmy napięcie i natężenie prądu zasilającego układ grzejny. Następnie wyłączyliśmy układ cieplny, wykonaliśmy obliczenia i oszacowaliśmy błędy pomiarowe. Wyniki umieściliśmy w tabeli 3.

Długość blachy a [mm]		Szerokość blachy b [mm]		Grubość próbki d [mm]
1. 227 2. 226 3. 225		1. 226 2. 225 3. 226		1. 4 2. 3,8 3. 4,1 4. 3,7 5. 3,9
aśr [mm]	226	bśr [mm]	527	dśr [mm]	3,9
aśr [m]	0,226	bśr [m]	0,527	dśr [m]	0,0039
Δ aśr [mm]	0,002	Δ bśr [mm]	0,002	Δ dśr [mm]	0,0001

Tabela 3

Nazwa materiału próbki	Płyta pilśniowa		Błąd bezwzględny		Błąd względny
Średnia różnica temp.	ΔTśr [K]	O,25	Δ(ΔTśr) [K]		Δ(ΔTśr)/ ΔTśr
Natężenie prądu	I [A]	0,71	ΔI [A]	0,01	ΔI/I
Napięcie	U [V]	55,7	ΔU [V]	0,2	ΔU/U
Współczynnik przewodności cieplnej	λ [W/mK]	2,65	Δλ [W/mK]		Δλ/λ

Obliczenia i rachunek błędów.

Obliczyć wartość średnią napięcia termoelektrycznego ze wzoru

mV/K- zdolność termopary

q=0,5P=0,5 UI

RACHUNEK BŁEDÓW

Wnioski.

Na dokładność wyznaczenia współczynnika przewodności cieplnej miały wpływ błędy systematyczne występujące przy pomiarze poszczególnych wielkości, a więc napięcia i natężenia prądu zasilającego układ grzejny, długości i szerokości powierzchni płyty grzejnej, grubości próbki oraz różnicy temperatur. Każdy z tych pomiarów miał określoną dokładność, jednakże największy wpływ na błąd pomiaru współczynnika  miały błędy względne pomiaru grubości próbki, a zaraz po nim natężenia prądu zasilającego układ grzejny oraz różnicy temperatur wynikający z dokładności miliwoltomierza cyfrowego.

---