"WILGOTNOŚĆ"

Wilgotność bezwzględna objętościowa powietrza

Wilgotność bezwzględna - zawartość pary wodnej w powietrzu, w jednostce objętości równej 1m³, wyrażona w gramach [g/m³].

Wilgotność bezwzględna wagowa, czyli zawartość wilgoci

Zawartość wilgoci - Jest to masa wody przypadająca na 1 kg suchego powietrza.

Wilgotność względna jest niemianowana i zawiera się w przedziale <0;1>. Wilgotność względna równa 0 oznacza powietrze suche, zaś równa 1 oznacza powietrze całkowicie nasycone parą wodną. Przy wilgotności względnej równej 1 oziębienie powietrza daje początek skraplaniu pary wodnej.

Wilgotność względna powietrza

Wilgotność względna - wyrażony w procentach stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze.

Wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilośći pary nasyconej, która by mogła być w nim zawarta w tej temperaturze. Wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej. Powietrze dobrze przybliża gaz doskonały dlatego maksymalna ilość pary może być wyrażona w jednostkach masy, ciśnienia, lub objętości.

Powietrze nasycone parą wodną

Para nasycona to para w równowadze z cieczą. Stan taki występuje w butli z płynnym gazem propan-butan.

Ciśnienie powietrza wilgotnego

Ciśnienie atmosferyczne - ciśnienie, jakie wywiera powietrze atmosf. na powierzchnię Ziemi i na wszystkie znajdujące się w nim ciała; na danym poziomie jest równe ciężarowi słupa powietrza o jednostkowej podstawie znajdującego się ponad tym poziomem; na poziomie morza średnia wartość c.a., tzw. ciśnienie normalne, wynosi 1013,25 hPa (1 atm); ze wzrostem wysokości c.a. maleje (baryczny stopień).

Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza

Do pomiaru wilgotności powietrza używa się różnego rodzaju psychometrów i higrometrów z których najprostrzym jest higrometr włosowy. Wilgotność wyznacza się też poprzez wyznaczanie punktu rosy.

Zasada działania higrometru włosowego (higroskopowego)

Higrometr włosowy - urządzenie służące do pomiaru wilgotności powietrza, działające na zasadzie zmiany długości włosa naturalnego lub syntetycznego pod wpływem zmian wilgotności. Ruchy włosów są przenoszone na wskazówkę.

Właściwie wyskalowany przyrząd podczas gęstej mgły powinien pokazywać 100% wilgotności względnej.

Higrometry rezystancyjne - zasada działania

Higrometr z czujnikami elektrolitycznymi

Higrometr z czujnikami sorpcyjnymi

Psychrometry budowa i zasada działania

Psychrometr - instrument używany do pomiarów wilgotności atmosferycznej.

Przyrząd składa się z termometru suchego i wilgotnego. Wykorzystuje fakt, iż powietrze wilgotne hamuje parowanie natomiast powietrze suche przyspiesza je. Instrument ten składa się z dwóch identycznych termometrów. pojemniczek z rtęcią jednego z nich owija się kawałkiem nasiąkliwego batystu, którego jeden koniec zanurzony jest w wodzie - dzięki temu batyst okalający zbiorniczek jest ciągle wilgotny. Ponieważ wilgotny materiał wciąż paruje - obniża on temperaturę wskazywana przez owinięty nim termometr. Termometr wilgotny zawsze wskazuje temperaturę niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotność względną powietrza - używa się do tego celu specjalnych tablic psychrometrycznych.

Psychometr Assmanna zapewnia stosunkowo dokładny pomiar wilgotności, wykorzystuje termometry mokry i suchy zamknięte w podwójnym pojemniku szklanym i przewietrzane z szybkością przepływu powietrza 2,5 m/s. Eliminuje to problemy ze swobodnie odparowywalnymi termometrami mokrymi

Sposoby pomiaru wilgotności ciał stałych: rezystancyjne, pojemnościowe

Pomiar wilgotności ciał stałych metodą suszarkową

Przebieg poszczególnych ćwiczeń

"CIŚNIENIE"

Ciśnienie def.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:p=F/A

Do pomiaru służy manometr i barometr.

Ciśnienie bezwzględne (absolutne)

Ciśnienie bezwzględne (absolutne) - ciśnienie wyznaczane względem próżni doskonałej, której ciśnienie wynosi 0.

Ciśnienie barometryczne

Ciśnienie barometryczne - ciśnienie wywierane przez warstwę powietrza; ciśnienie atmosferyczne zależy od położenia danego miejsca nad poziomem morza.

Klasyfikacja przyrządów do pomiaru ciśnienia (ogólnie)

Do pomiaru służy manometr i barometr.

Manometr - Ciśnieniomierz z przeponą wykonaną z metalu, która odkształcając się, oddziałuje na wskazówkę mechaniczną przemieszczającą się po skali. Manometr służy do wskazywania nadciśnienia. Skala jest standardowo wyrażana w MPa.

Podział manometrów:

• Manometry z rurką Bourdona

• Manometry przeponowe (membranowe)

• Manometry puszkowe

• Manometry do pomiaru ciśnienia absolutnego

• Manometry różnicowe

• Manometry elektroniczne i przetworniki ciśnienia

• Manometry cieczowe

Barometr - przyrząd meteorologiczny do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. W zależności od zasady działania rozróżnia się:

• barometry cieczowe:

• naczyniowe

• lewarowe,

• naczyniowo-lewarowe,

• Fortina;

• barometry sprężynowe:

• barometry-aneroidy.

Podziałka barometrów jest wyskalowana w torach lub hektopaskalach.

Manometr cieczowy U - rurka

(U-rurka) manometr utworzony przez dwa naczynia połączone, zawierające ciecz manometryczną, której różnica poziomów w obu ramionach jest miarą wielkości ciśnienia lub różnicy wysokości ciśnień

Manometry z rurką pochyłą

Manometry pierścieniowe

Manometry sprężyste (ściślej z elementem sprężystym); wymienić ich rodzaje

Najbardziej rozpowszechnione są manometry sprężyste z rurką Bourdona.

Manometry sprężyste: a) z rurką Bourdona, b) z wielokrotna rurka Bourdona, c) membranowy

Manometr z rurką sprężystą (rurką Bourdona) - budowa i zasada działania

Rurki Burdona są okrągłymi rurkami o przekroju owalnym. Ciśnienie medium napiera na wnętrze takiej rurki powodując zaokrąglenie jej przekroju. Powstanie krzywizny powoduje naprężenie pierścienia rurki i jej wygięcie. Swobodna końcówka rurki wykonuje ruch, który odzwierciedla pomiar ciśnienia.Ruch ten powoduje odpowiednie odchylenie wskazówki.

Rurki Bourdona wyginające się pod kątem około 250° są stosowane do pomiaru ciśnień nie przekraczających 60 bar. Do pomiaru wyższych ciśnień służą rurki Bourdona z kilkoma nałożonymi na siebie cewkami o identycznej średnicy (tzw. cewki spiralne) lub cewkami w kształcie spirali (tzw. sprężyny śrubowe) ułożonymi na jednym poziomie.

Rurki Bourdona są zabezpieczone przed przeciążeniem tylko do pewnego stopnia. W przypadku szczególnie skomplikowanych pomiarów, manometr można zaopatrzyć w uszczelnienie chemiczne, stanowiące układ separacyjny lub ochronny.

Dopuszczalne zakresy ciśnień to zakres od (0....0,6 bar) do (0...4000 bar) - odpowiednio (0....0,06 MPa) do (0....400 MPa) - przy dokładności (czy klasie) odczytu od 0,1 do 4.0%.

Manometry rezystancyjne

Co to jest klasa dokładności przyrządu

Klasą przyrządu różnicę pomiędzy wynikiem pomiaru a wartością rzeczywistą znajdujemy posługując się liczbą zwaną klasą przyrządu. Klasą przyrządu nazywamy wyrażony w procentach stosunek niepewności systematycznej do pełnego zakresu wychylenia miernika.

Wymienić klasy dokładności manometrów, w tym do pomiarów dokładnych i technicznych

Przyrządy do pomiarów technicznych wykonywane są w klasie 1.0; 1.5; 2.5; 5.0. Przyrządy precyzyjne w klasie 0.1; 0.2; 0.5 i innych

Potrafić przeliczyć ciśnienie z jednej jednostki na inną

Jednostki ciśnienia:

[Pa] = [N/m²]

[Atm] = 760 mm Hg = 1013 hPa

[at] = 735,6 mm Hg

1MPa=10000hPa=1000000P=10bar

Przeliczanie jednostek

	paskal	bar	N/mm^2	kG/m^2	kG/cm^2atmosfera techniczna (at)	atmosfera fizyczna (atm)	tor mmHg
1 Pa (N/m^2)=	1	10^-5	10^-6	0.102	0.102×10^-4	0.987×10^-5	0.0075
1 bar (daN/cm^2) =	100.000	1	0.1	10200	1.02	0.987	750
1 N/mm^2 =	10^5	10	1	1.02×10^5	10.2	9.87	7500
1 kG/m^2 =	9.81	9.81×10^-5	9.81×10^-6	1	10^-4	0.968×10^-4	0.0736
1 atmosfera techniczna = (at) kG/cm^2	98100	0.981	0.0981	10000	1	0.968	736
1 atmosfera fizyczna = (atm) (760 tor)	101325	1.013	0.1013	10330	1.033	1	760
1 tor = 1 mmHg =	133	0.00133	1.33×10^-4	13.6	0.00132	0.00132	1

" TEMPERATURA"

Definicja temperatury

Temperatura to funkcja stanu w termodynamice, która podobnie jak ciepło jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ.

Temperatura jest miarą "chęci" do dzielenia się ciepłem. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś mają różną temperaturę, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej - aż do wyrównania się temperatur obu ciał.

Podstawowe skale termometryczne

• bezwzględna skala temperatur K=t°C +273,16

• skala Celsjusza : temperatura topnienia lodu wynosi 0°C, wrzenia 100 °C

• skala Fahrenheita - temperatura topnienia lodu wynosi 32° , a wrzącej wody 100°

• Skala Kelvina ma też dwa stałe punkty: - punkt potrójny dla wody 273° K; - 0 bezwzględne znikają tu bezwładne ruchy cząsteczkowe.

Punkt potrójny wody (definicja, parametry punktu potrójnego [ciśnienie, temperatura])

Punkt potrójny - to stan w jakim dana substancja może istnieć w 3 stanach skupienia równocześnie w stanie równowagi termodynamicznej. Na wykresie stanów równowagi jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji (stan skupienia (faza) substancji w zależności od ciśnienia i temperatury), odpowiadający stanowi równowagi trwałej tych trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz).

Punkt potrójny jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji, podawany jest w opisach substancji. Punkty potrójne niektórych substancji są używane jako wzorce skali temperatur.

Punkt potrójny wody w stanie ciekłym, lód, para wodna są w równowadze (punkt potrójny) w temperaturze 0,01°C i ciśnieniu 611,73 Pa

Podział przyrządów do pomiaru temperatury

Co wykorzystują (jakie zjawisko) termometry stykowe rozszerzalnościowe

Cieczowe (-200+750⁰C) Wykorzystują zjawisko rozszerzalności objętościowej cieczy pod wpływem temperatury.

Dylatacyjne (0-1000⁰C) Wykorzystują zjawisko różnicy temperaturowej rozszerzalności liniowej dwóch materiałów.

Bimetalowe (-40-400⁰C) Wykorzystują zjawisko różnicy temperaturowej rozszerzalności liniowej dwóch metali.

Budowa termometru cieczowego

Termometry cieczowe - działanie opiera się na zjawisku zmiany objętości cieczy w zależności od temperatury. W praktyce mierzymy jednak nie objętość, lecz wysokość (długość) znajdującego się w szklanej rurce (kapilarze) słupa cieczy i musimy uwzględnić także wpływ zmian temperatury na objętość naczynia z cieczą termometryczną - najczęściej rtęcią. Na pomiar temperatury powietrza ma wpływ działanie promieniowania słonecznego - pomiar temperatury „w słońcu” i „w cieniu”. Zalety: prosta budowa, łatwość wykonywania pomiaru. Wady: mała dokładność, niemożliwość rejestracji wskazań, niemożność przeniesienia wskazań na dużą odległość.

Budowa: zbiornik i kapilara z cieczą, osłona szklana i skala (podzielnia).

Zasady posługiwania się: odczytywać patrząc prostopadle w kierunku wierzchołka wypukłego menisku cieczy w kapilarze; nie należy zbyt długo zbliżać twarzy do termometru, by nie wywołać wzrostu temperatury; oczyścić z kropli wody zbiorniczek, mogące zaniżać temperaturę. Rozróżniamy: - termometry o cienkościennej kapilarze, w granicach temperatur od -30 do +300 stopni C (-38,87 stopni C punkt krzepnięcia rtęci i +356,7 stopni C punkt wrzenia rtęci);

- termometry o grubościennej kapilarze, tzw.termometry bagietkowe;

Budowa: przestrzeń w kapilarze nad rtęcią wypełnia się gazem (argon, azot, dwutlenek węgla), a zwiększając ciśnienie zakres pomiaru dochodzi do +800 stopni C (tylko kapilarę wykonuję się z kwarcu); szkło do budowy kapilary: szkło jenajskie oznaczone wtopionym czerwonym paskiem, czarno - brązowym i tzw. szkło Supremax.

Termometry ciśnieniowe

Termometry ciśnieniowe cieczowe - dokładne, przyrządy automatycznej rejestracji z możliwością przeniesienia wskazań na odległość do ok. 50 m, bez dodatkowych urządzeń.

Budowa: zamknięty układ, składający się z czujnika w postaci rurki stalowej (stal stopowa) o średnicy od 9 do 10 mm i długości ok. 100 mm, kapilary (miedź lub miękka stal węglista i rurki Bourdona; pod wpływem ogrzewania czujnika ciecz (rtęć, ciecze organiczne - nafta, dwumetylobenzen itp.) rozszerza się wywołując wzrost ciśnienia ww układzie; ciśnienie to jest funkcją temperatury w skali stopni C. W celu wyrównania temperatury otoczenia, to jest temperatury długiej kapilary, na wskazania termometru, równolegle do właściwej kapilary dodaje się drugą kapilarę, bez czujnika, zakończoną również rurką rozprężną Bourdona działającą w przeciwnym kierunku na urządzenie wskazujące. Ciecze: rtęć - dla zakresu temp. od - 30 do + 600 stopni C; ciecze organiczne - dla zakresu temp. od - 35 do + 350 stopni C; poddane są wstępnemu ciśnieniu od 5 do 100 bar.

Termometry ciśnieniowe parowe (tzw. thalpotasimetry) - dokładne, o podobnym zastosowaniu jak termometry ciśnieniowe cieczowe; ciśnienie pary nasyconej jest jednoznaczną funkcją temperatury.

Budowa: podobny układ zamknięty jak w termometrach ciśnieniowych cieczowych, wypełniony tylko częściowo cieczą, reszta objętości wypełniona jest parą; zwykle czujnik termometru wypełniony jest w 2/3 swojej objętości cieczą. Ciecze: dwutlenek węgla - w granicach temperatur od -70 do +30 stopni C, eter - od +50 do +180 stopni C, rtęć - od +360 do +650 stopni C.

Co to jest termometr dylatacyjny, budowa najprostszego termometru

Zasada działania termometru dylatacyjnego jest oparta na wykorzystaniu różnicy wydłużeń osłony i pręta zgodnie ze wzorem Δl=l(1+αΔt)- (1+α₁Δt)= 1(α-α₁)Δt

Termometr bimetalowy budowa i zasada działania

Zasada działania termometrów bimetalicznych oparta jest na zjawisku rozszerzalności cieplnej ciał stałych (metali). Element podstawowy to bimetal wykonany z dwóch metali o różnych współczynnikach cieplnej rozszerzalności liniowej. Mierze do 500C.

Termometry rezystancyjne (ogólnie)

Termometry rezystancyjne należą do elektrycznych termometrów oporowych. Jako wielkości termometryczne w tej grupie termometrów przyjęto zmiany rezystencji metali i stopów pod wpływem temperatury. Rezystencja metali rośnie z temperaturą.

Pomiar temperatury termometrem rezystancyjnym polega na zmierzeniu rezystancji czujnika umieszczonego w badanym ośrodku. Zmiana rezystancji jest określana średnim współczynnikiem α wyznaczanym doświadczalnie dla danego metalu.

Termometr rezystancyjny składa się z czujnika elektrycznego, miernika rezystancji oraz przewodów łączących te elementy.

Metale stosowane w czujnikach rezystancyjnych (zakresy pomiarowe temperatur)

RODZAJE TERMOELEMENTÓW:
Termoelement	Typ	Zakres temperatur użytkowania	Atmosfera użytkowania
Cu-CuNi miedź - konstantan	T	-200÷500^0C	obojętna
NiCr-CuNi chromel - kopel	E	-270÷800^0C	redukcyjna bez siarki
Fe-CuNi żelazo - konstantan	J	do 600^0C	redukcyjna bez S, H2O(g), N2
NiCr-NiAl chromel - alumel	K	do 1100^0C	utleniająca i redukcyjna
PtRh10-Pt platynarod - platyna	S	do 1300^0C	utleniająca, redukcyjna, obojętna bez Si, Fe, S, C b.kruchy
PtRh30-PtRh6		do 1800^0C	utleniająca
TERMOELEMETY WYSOKOTEMPERATUROWE
W-Mo; W-MoW	do 2400^0C		redukcyjna
W-WRe	do 2300^0C		redukcyjna, obojętna, próżnia
Ir-IrRh	do 2000^oC		utleniająca
Grafit-SiC	do 1800^0C		redukcyjna
Grafit-W	do 2400^0C		nawęglająca
C-C(0,1-0,2%Be)	do 2600^0C		redukcyjna, obojętna, próżnia

Termometry termoelektryczne

W obwodzie zamkniętym złożonym z dwóch różnych metali, którego spoiny są umieszczone w różnych temperaturach t₁≠t₂, występuje siła termoelektryczna STE. Przyczyną występowania STE jest różnica ilości swobodnych elektronów w miejscu styku dwóch różnych metali przy określonej temperaturze. Powoduje to powstanie różnicy potencjałów o wartości zależnej od temperatury. Spadek temperatury wzdłuż przewodnika jest przyczyną zmiany zagęszczenia elektronów. Siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur obu spoin. E=c(t₁-t₂). Współczynniki proporcjonalności określający STE przy różnicy 1C wyznacza się doświadczalnie. Wartość jego jest zależna do rodzaju metali tworzących spoinę. Zastosowanie termoogniw do pomiaru temperatury jest oparta na trzech prawach rządzących zjawiskami termoelektrycznymi.

Zjawisko termoelektryczne

Zjawisko Seebecka (zjawisko termoelektryczne) - zjawisko fizyczne polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej i w konsekwecji tego przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub półprzewodników o różnych temperaturach, w zamkniętym obwodzie termoelektrycznym.

Odkryte w 1821 roku przez fizyka niemieckiego (pochodzenia estońskiego) Th. J. Seebecka. Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. w termoparze.

W przedstawionym obwodzie A i B są róznymi metalami lub półprzewodnikami, T1 i T2 to temperatury w miejscach styku metali. W tym obwodzie powstaje napięcie elektryczne określone wzorem:

Gdzie: S_A i S_B to współczynniki Seebecka charakterystyczne dla wybranych substancji. Powstajace napięcie jest rzędu od kilku do kilkudziesięciu mikrowoltów na kelwin (stopień Celsjusza).

Natura zjawiska Seebecka

Jeśli próbkę nagrzać nierównomiernie, to - na skutek różnicy energii i koncentracji nośników ładunku - zacznie się ich ukierunkowany ruch. Jeżeli końce próbki znajdują się w temperaturze T1<T2, to na końcu próbki o temperaturze T2 będzie występowała większa koncentracja nośników ładunku, będą one również miały większą energię. W efekcie wystąpi ich dyfuzja w kierunku zimniejszego końca (T1). Przepływ prądu dyfuzji prowadzi do pojawienia się rozkładu potencjału oraz wystąpienia prądu unoszenia. W warunkach równowagi obie składowe prądu są sobie równe i na zewnątrz obserwuje się tylko różnicę potencjałów między punktami o różnej temperaturze.

Jeżeli nośnikami ładunku są elektrony (półprzewodnik typu „n”), to zimniejszy koniec próbki będzie miał w stosunku do cieplejszego potencjał ujemny. Dla półprzewodnika typu „p” - dodatni.

Termometry optyczne całkowitego promieniowania (ogólnie)

Termometr (pirometr) optyczny całkowitego promieniowania - Obserwuje się całkowitą ilość energii wypromieniowanej przez promieniowanie między dwoma ciałami doskonale czarnymi przy różnych długościach fal (wszystkich).Pirometr służy do pomiaru dowolnych temperatur wyższych od 800 stopni C, a przez zastosowanie termoelementu wielokrotnego szeregowego można obniżyć granicę pomiaru do 100 stopni C, a nawet niżej. Zwykle wykonywane są pirometry jako przyrządy dwuzakresowe. Zastosowanie: w zamkniętej przestrzeni pieca Siemens - Martina; w automatyce

Termometry specjalne

Termofarby- Określone barwy odpowiadają określonym temperaturom w specjalnej farbie pokrywającej badane ciało. Przez porównanie barwy z odpowiednią skalą kolorów można ustalić temperaturę ciała, które zostało pokryte termofarbą. Farbę rozpuszcza się w spirytusie i powleka badany przedmiot. Pozwalają na określenie zakresów temperatur, a nie dokładnej wartości tej temperatury.

Zastosowanie: farby określają temperatury ruchomych części maszyn i silników lub określają rozkład temperatur na powierzchni ciała w granicach od 40 do 650 stopni C.

Termokredki - Pociera się kredką badane ciało (części maszyn i silników) czy też jego określoną część i po upływie dwóch sekund występuje barwa charakteryzująca temperaturę. Określają jedynie zakres temperatur. Służą do pomiaru temperatur w granicach od 65 do 600 stopni C co 50 stopni C.

Metoda metalograficzna oznaczania temperatury - Obserwując zjawisko rekrystalizacji w próbce ze stopu kobalt - chrom działając temperaturą przez określony czas można określić temperaturę przedziałami co 25 stopni C, w granicach temperatur od 500 do 900 stopni C.

Metoda kalorymetryczna oznaczania temperatury - Małą próbkę - czujnik (np. nikiel) stykamy z ciałem, którego temperaturę chcemy określić. Po upływie określonego czasu, gwarantującym taką samą temperaturę próbki i obserwowanego ciała, wkłada się próbkę do kalorymetru. Znając ciepło właściwe materiału próbki i jej ciężar, z przyrostu temperatury cieczy w kalorymetrze obliczyć można temperaturę próbki, tj. temperaturę ciała.

Metoda fotograficzna oznaczania temperatury - Określanie temperatury powierzchni ciała przez obserwację stopnia zaciemnienia specjalnej kliszy wrażliwej na promienie podczerwone w granicach od 250 do 1000 stopni C Taki obraz ciała musi obejmować punkty, których temperatura jest ściśle określona inną metodą, najczęściej za pomocą termoelementów..

Zastosowanie: metoda względnie dokładna , stosowana do określania rozkładu temperatur na powierzchni ciała np. na powierzchni żeber grzejników.

Stożki Segera - stożek z masy ceramicznej o ściśle określonym składzie topi się przy odpowiedniej temperaturze (w zakresie temperatur). W granicach temperatur od 600 do 2000 stopni C stożki są wykonywane co 20 stopni do 25 stopni C. Przebieg topnienia stożków zależny jest od szybkości ogrzewania.

Zastosowanie: w przemyśle ceramicznym, w energetyce (określenie temperatury topliwości

Jak wykonywano poszczególne charakterystyki

Wyznaczenie charakterystyki termoelementu

E = K(t - t_o) + b

E - siła termoelektryczna [mV]

t_o - temperatura otoczenia [^oC]

t - wskazania termometru rtęciowego [^oC]

K, b - stałe

t_o = 24 ^oC

Definicja błędów bezwzględnego i względnego oraz ich fizyczne znaczenia

Błąd bezwzględny - różnica między wielkością rzeczywistą, a wielkością zmierzoną. Jeżeli mamy wielkość mierzoną A, to błąd bezwzględny pomiaru A wynosi: ∆ A = | Azmierzone - Arzeczywiste |

Błąd bezwzględny wyznaczonej wartości x: d(x) = X-x
X - wartość dokładna.
x - wartość wyznaczona.

Problemem w obliczaniu błędu bezwzględnego jest konieczność znajomości wartości dokładnej X. Dlatego często zamiast błędu bezwzględnego używa się kresu górnego błędu bezwzględnego.

Błąd względny - błąd bezwzględny podzielony przez wartości wielkości. Jeżeli mamy wielkość mierzoną A, to błąd zwzględny pomiaru A wynosi:

Błąd względny wyznaczania wartości x wraz z kresem górnym: D(x) = d(x) /X

Tym razem wartość dokładna potrzebna jest do wyznaczenia i błędu względnego, i jego kresu! Ale można napisać przybliżenie: δx = x /xx  x /x

Obliczyć błąd bezwzględny i względny

Błąd bezwzględny = wskazanie - temperatura dokładna

Błąd względny = (wskazanie - temperatura dokładna) / temperatura dokładna * 100%

"POMIAR CIEPŁA SPALANIA"

Definicja spalania

Spalanie to reakcja chemiczna polegająca na gwałtownym utlenianiu substancji, czemu towarzyszy emisja ciepła oraz niekiedy efekt świetlny (płomień). Często terminem tym określa się też procesy utleniania zachodzące w organizmach żywych, mimo że nie towarzyszy temu żaden efekt świetlny.

Rodzaje spalania

Rozróżnia się spalanie:

• laminarne — gdy w spalanej mieszaninie nie ma ruchu burzliwego

• turbulentne — gdy w spalanej mieszaninie występuje ruch burzliwy (spalanie najczęściej stosowane w technice)

• dyfuzyjne — podczas dyfuzyjnego mieszania się paliwa gazowego z gazowym utleniaczem

• heterogeniczne — zachodzące między paliwem i utleniaczem występującymi w różnych fazach

• naddźwiękowe — spalanie gazowego paliwa w strumieniu utleniacza (powietrza) o prędkości naddźwiękowej.

Charkterystyka paliw: stałych, ciekłych, gazowych

Paliwa dzieli się na:

• Stałe - m.in. węgiel kam., węgiel brun., torf, drewno, koks,

• Ciekłe - otrzymywane gł. w wyniku przeróbki ropy naftowej oraz uwodornienia węgla

• Gazowe - do których należy gaz ziemny, a także gazy otrzymywane przez termiczny rozkład paliw stałych (gł. węgli) i ciężkich frakcji ropy naftowej.

Ciepło spalania (wartość opałowa górna)

Ciepło spalania (Qc) to ilość ciepła jaką otrzymuje się przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie. Jednostką ciepła spalania jest J/kg

Ciepło spalania - ciepło reakcji całkowitego spalania jednostki masy związku chem. w tlenie; standardowe ciepło spalania oznacza się w temp. 25°C i pod ciśn. 1013,25 hPa (1 atm.), przy założeniu, że produkty są w stanie gazowym (z wyjątkiem wody, będącej w stanie ciekłym).

Wartość opałowa (wartość opałowa dolna)

Wartość opałowa jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu, pomimo że spaliny osiągną temperaturę początkową paliwa.

Opałowa wartość - stosunek ciepła uzyskanego ze spalenia paliwa do masy lub objętości tego paliwa; liczbowo równa ilości ciepła, jaką można uzyskać ze spalenia 1 kg paliwa stałego lub ciekłego albo 1 m3 paliwa gazowego; wartość opałową oblicza się jako różnicę ciepła spalania i ciepła parowania wody wydzielonej z paliwa podczas jego spalania; wartość opałowa np. ropy naft. wynosi 40-46 MJ/kg, węgla kam. — 15-35 MJ/kg.

Jak wyznaczamy ciepło spalania

Wartości opałowe podstawowych paliw

Wartości opałowe niektórych paliw

L.p. Rodzaj paliwa Wartość opałowa Jedn. Uwagi

1. węgiel kamienny 26000-30000 kJ/kg -

2. miał węglowy 22000-24000 kJ/kg -

3. koks 30000 kJ/kg -

4. węgiel brunatny 18000 kJ/kg -

5. torf suchy 13000 kJ/kg -

6. drewno suche 14000 kJ/kg wilgotność do 20%

7. słoma 12000 kJ/kg -

8. olej opałowy 46000 kJ/kg -

9. gaz ziemny 35000 kJ/m3 -

10. gaz płynny 23000 kJ/kg -

Budowa kalorymetru

Kalorymetr - przyrząd laboratoryjny do pomiaru ciepła wydzielanego lub pobieranego podczas procesów chemicznych i fizycznych. Wykorzystywany przede wszystkim do wyznaczania ciepła właściwego cieczy i ciał stałych, ciepła topnienia i ciepła parowania.

Budowa kalorymetru

1 bomba kalorymetryczna

2 pokrywa kalorymetru

3 czujnik temperatury

4 uchwyt pokrywy z napędem mieszadła mechanicznego

5 mieszadło mechaniczne

6 naczynie kalorymetryczne

7 płaszcz kalorymetru składający się z:

7a ścianki wewnętrznej

7b ścianki zewnętrznej

7c wężownicy

7d mieszadła ręcznego

8 pulpit sterujący kalorymetru

9 stół kalorymetru z płytą czołową zawierającą gniazda przyłączeniowe i wyjście czujnika temperatury

Głównym elementem kalorymetru pozwalającym na bezpieczne spalanie próbek paliw jest specjalistyczne naczynie wykonane ze stali kwasoodpornej nazywane bombą kalorymetryczną (rys.1 poz.1). Zamknięcie bomby następuje za pomocą pierścieniowej zakrętki samouszczelniającej i realizowane jest bez użycia klucza.

Przebieg przeprowadzanego ćwiczenia

Resize of TechnikaCieplna11.JPG Resize of TechnikaCieplna12.JPG

„POMIAR NATĘŻENIA PRZEPŁYWU POWIETRZA”

Równanie ciągłości strugi - Równanie Bernoulliego

Równanie ciągłości

Równanie, które w ogólny sposób wyraża zasadę zachowania masy dla układu przepływowego

Odpływ−Dopływ+Akumulacja=0

W przepływie stacjonarnym akumulacja jest równa zeru.

Zasadniczym prawem, z którym mamy do czynienia przy przepływie laminarnym (warstwowym) cieczy doskonałych, jest prawo Bernoulliego. Przy przepływie cieczy przez przewód poziomy, równanie to ma postać:

gdzie:

p - ciśnienie statyczne wywierane przez ścianki naczynia,

ρV²/2 - ciśnienie dynamiczne cieczy,

ρ - gęstość cieczy,

V - prędkość przepływu cieczy.

Założenia:

ciecz jest nieściśliwa

ciecz nie jest lepka

przepływ stacjonarny i bezwirowy

Równanie to określa, że suma ciśnienia statycznego i dynamicznego w każdym miejscu przewodu jest stała i równa ciśnieniu całkowitemu, jakie panuje w strumieniu płynącej cieczy. Ciśnienie statyczne to ciśnienie wywierane na ścianki boczne naczynia przez płynącą ciecz, a ciśnienie dynamiczne związane jest z ruchem cieczy. Bernoulli stworzył to równanie przy założeniu, że przepływ jest stały, laminarny i płyn jest nieściśliwy( tzn. że nie doznaje zmian gęstości), a lepkość ( ma rolę analogiczna do tarcia w ruchu ciał stałych)jest tak mała, że możemy ją pominąć.

Równanie Bernoulliego możemy wyprowadzić z prawa zachowania energii

E_p + E_k + E_w = const

Wówczas równanie to może być zapisane w formie:

gdzie:

ρ - gęstość cieczy

v - prędkość cieczy w rozpatrywanym miejscu

h - wysokość w układzie odniesienia, w którym liczymy energię potencjalną

g - przyspieszenie grawitacyjne

p - ciśnienie cieczy w rozpatrywanym miejscu

Gdy ciecz doskonała płynie przez przewód o zmiennym przekroju, to z nieściśliwości cieczy wypływa warunek wyrażony równaniem:

V₁ S₁ = V₂ S₂ - równanie ciągłości strugi

Oznacza ono, że szybkości przepływu cieczy doskonałej w różnych miejscach przewodu są odwrotnie proporcjonalne do przekrojów tych miejsc.

Metody pomiaru prędkości i natężenia przepływu

- pomiar anemometrem wiatraczkowym

- pomiar termoanemometrem

- pomiar przy wykorzystaniu rurki Pitot'a i miernika różnicy ciśnień.

Dobór właściwej metody pomiarowej ma zasadnicze znaczenie dla poprawności otrzymanych wyników. Przy wyborze należy kierować się następującymi kryteriami:

- zakresem pomiarowym (prędkość przepływu powietrza i temperatura powietrza)

- dokładnością

- zastosowaniem (pomiar w kanale wentylacyjnym, na kratce, pomiar ruchu powietrza w pomieszczeniu)

Zwężki, dysze, kryzy, rurki spiętrzające, anemometry, rotametry

Zwężka pomiarowa - wbudowany w rurociąg element powodujący zwężenie przepływającego strumienia cieczy (gazu), służący do pomiaru natężenia przepływu. Ilość płynu (gazu) przepływającego w jednostce czasu określana jest na podstawie zmierzonej różnicy ciśnień przed i za zwężką pomiarową. Dzielą się na: kryzy pomiarowe, dysze pomiarowe oraz zwężki Venturiego.

Kryzy są przyrządami pomiarowymi działającymi na zasadach hydraulicznych i służą do pomiaru natężenia przepływu za pomocą pomiaru spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym.

Jest to metoda dokładna, wygodna, tania, ma bardzo duże zastosowanie i nadaje się do dowolnych cieczy, gazów i par przy dowolnym ciśnieniu i temperaturze panujących w rurowi agach o przekroju poprzecznym kołowym.

Zwężka Venturiego - służy do pomiaru prędkości przepływu gazu na podstawie zjawiska spadku ciśnienia cieczy wraz ze wzrostem jej prędkości. Z.w składa się z barometru różnicowego i rurki o zwężonym przepływie (dyszy). Jedna z końcówek barometru włączona jest przed zwężeniem, a druga w samej dyszy. Korzystając z równania Bernouliego można wykazać, że różnica ciśnień wskazywanych przez barometr jest proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu gazu przed dyszą.

Rurki spiętrzeniowe - przyrządy do pomiaru prędkości przepływu gazu. Pomiaru dokonuje się przez porównanie ciśnienia spiętrzenia i ciśnienia statycznego. Istnieją różne rodzaje rurek różniące się między sobą szczegółami rozwiązań technicznych i zastosowań: Pitota, Prandtla, Stantona.

Anemometr - przyrząd służący do mierzenia prędkości ruchu gazów i cieczy, a zwłaszcza wiatru. Niektóre anemometry wskazują również kierunek ruchu. Anemometr, które rejestruje graficznie prędkość lub kierunek wiatru nazywa się anemografem. Obecnie anemografy są coraz częściej wypierane przez komputerowy zapis danych.

Istnieją różne rodzaje anemometrów:

obrotowe (rotacyjne) - posiadają element ruchomy wprawiany w ruch przez wiatr

wiatrakowe

czaszowe - (przedstawiony obok na fotografii) na pionowej osi obrotu umieszczony jest krzyżak na ramionach, którego umieszczone są półkuliste czasze. Szybkość obrotu układu jest proporcjonalna do prędkości wiatru.

wychyłowe - wiejący wiatr odchyla od pionu prostokątną płytkę.

ciśnieniowe - (rurka Pitota) wykorzystują zmianę ciśnienia w poruszającej się cieczy

cieplne (elektryczne) - wykorzystują zmianę odbioru ciepła z płytki podgrzewanej elektrycznie, mierzoną wielkością może być opór elektryczny elementu grzejnego,

dopplerowskie (ultrasonograficzne) - mierzą szybkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu, który zmienia się, gdy ośrodek porusza się względem obserwatora (zjawisko Dopplera)

Rotametr - przyrząd do pomiaru prędkości przepływu płynów. Ma postać pionowej szklanej rury, rozszerzającej się ku górze. W rurze umieszczony jest pływak. Płyn wprowadza się od dołu rury. Ruch płynu powoduje unoszenie pływaka do położenia, w którym zrównoważą się działające nań siły:

- siła ciężkości pływaka (działająca pionowo do dołu),

- siła tarcia przepływającego płynu o powierzchnię boczną pływaka (działająca do góry),

- siła wyporu, wywołana różnicą ciśnień pod i nad pływakiem (działająca do góry).

Na ścianie rury naniesiona jest skala, opisana w jednostkach natężenia przepływu.

Druga i trzecia z wymienionych sił zależą od szybkości przepływającego płynu, dodatkowo druga zależy od rodzaju (lepkości) płynu. Szybkość z kolei zależy od przekroju szczeliny (o kształcie pierścieniowym) między wewnętrzną ścianą rury a pływakiem. Przekrój tej szczeliny w miarę rozszerzania się rury ku górze wzrasta i pływak przy coraz większych przepływach zajmuje coraz wyższe położenie. Wartość mierzonego natężenia przepływu wskazuje górna krawędź pływaka.

Przepływomierze komorowe, wirnikowe

Przepływomierze komorowe - strumień płynu jest dzielony na porcje o stałej objętości, a liczba cykli podziału w jednostce czasu określa wydatek objętościowy.

Przepływomierze wirowe - za przeszkodą o kształcie nieopływowym, umieszczoną w strumieniu płynu, generowane są zawirowania z częstotliwością proporcjonalną do wydatku objętościowego.

Na jakiej zasadzie w ćwiczeniu było wyznaczane natężenie przepływu powietrza

Umieć przeliczyć jedne jednostki ciśnienia na inne jednostki ciśnienia

Jednostki ciśnienia:

[Pa] = [N/m²]

[Atm] = 760 mm Hg = 1013 hPa

[at] = 735,6 mm Hg

Budowa i zasada działania mikromanometru wykorzystywanego do wyznaczania różnicy ciśnień

Budowa mikromanometru: korpus główny (w nim śruba mikrometryczna, głowica mikrometryczna, zbiornik wyrównawczy, wąż gumowy, zbiornik obserwacyjny), korpus boczny, końcówki do doprowadzenia ciągnień do obu zbiorników; układ optyczny: soczewka, lusterko. Podziałka milimetrowa, podziałka mikrometryczna. Dodatkowe elementy to: śruba wlewowa, nakrętka regulacji zera, śruby poziomowe, poziomica okrągła sferyczna.

Zasada działania: pod wpływem przyłożonego ciśnienia poziom cieczy w zbiorniku obserwacyjnym spada, ale jednocześnie podnosi się poziom cieczy w zbiorniku wyrównawczym. Głowicą manometryczną podnosimy zbiornik wyrównawczy do takiej wysokości, aby poziom cieczy w naczyniu obserwacyjnym osiągnął początkowe położenie (tzn. wierzchołek kolca pomiarowego dotykał swego obrazu odbitego). Utworzony w ten sposób słup cieczy jest równoważny mierzonemu ciśnieniu, które odczytuje się na podziałce.

Co to jest ciśnienie hydrostatyczne

To ciśnienie wywierane przez słup wody (cieczy) zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości.

W jaki sposób wyznaczyć z ciśnienia względnego ciśnienie bezwzględne

---