ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI
Ćwiczenie nr 2
Temat :Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych
Izabela Budzisz Agnieszka Czyżewska	DSZ-PK1 PL.2
Data : 05.03.2003	Ocena:

Wstęp

Stany ruchu ciepła

1. ustalony- pole temperatur jest funkcją wyłącznie współrzędnych położenia T=f(x,y,z)

2. nieustalony- pole temperatur jest funkcją współrzędnych położenia i czasu: T=f(x,y,z,t)

Mechanizmy przenoszenia ciepła

1. konwekcja- przenoszenie ciepła z równoczesnym przemieszczeniem masy

2. promieniowanie-ruch ciepła za pośrednictwem fal elektromagnetycznych

3. przewodzenie- przechodzenie ciepła od miejsca o temp. wyższej do miejsca o temp. wyższej

współczynnik przewodności cieplnej λ- określa on ilość ciepła przepływającą pod wpływem różnicy temperatur 1K na drodze 1m przez powierzchnię 1m².

Wartość współczynnika λ dla różnych materiałów zawiera się w bardzo dużych granicach np.:

od
(dobry izolator cieplny)

do
(miedź).

Pomiary przewodności cieplnej mogą być dokonywane w stanie nieustalonym (metody stanu uporządkowanego, metody fal cieplnych) i ustalonym.

W stanie nieustalonym najczęściej określamy dyfuzyjność cieplną, co przy znanej gęstości ρ i cieple właściwym c pozwala na określenie współczynnika przewodności cieplnej λ. Przy pomiarach w stanie ustalonym określa się bezpośrednio przewodność cieplną.

Zasada pomiaru i schemat układu do pomiaru

Zasada pomiaru oparta jest na zjawisku przewodzenia ciepła w stanie ustalonym. Ciepło przewodzone jest przez płytę o powierzchni A (m²) oraz o grubości d (m). Temperatura próbki materiału izolacyjnego od strony grzejnika i od strony chłodnicy są stałe.(stan ustalony), a ich różnica wynosi
(K).

Próbki 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.

• Wykonujemy pomiary geometryczne.

Długość blachy a [mm]		Szerokość blachy b [mm]		Grubość próbki d [mm]
247 248 247		248 248 248		3,6 3,7 3,7 4,0 3,7
aśr [mm]	247.3	bśr [mm]	248	dśr [mm]	3,74
aśr [m]	0,247	bśr [m]	0,248	dśr [m]	0,00374
Δaśr [m]	0,002	Δbśr [m]	0,002	Δdśr [m]	0,0001

• 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	0,02	0,08	0,19	0,28	0,36	0,43	0,48	0,54	0,58	0,61
		Dolne	0,02	0,08	0,16	0,24	0,31	0,37	0,42	0,47	0,50	0,52

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,64	0,66	0,68	0,70	0,71	0,72	0,74	0,74	0,75	0,75
		Dolne	0,55	0,57	0,59	0,60	0,62	0,63	0,64	0,64	0,65	0,65

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,76	0,76	0,76	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77
		Dolne	0,66	0,66	0,66	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67

Czas [min]
Napięcie termoelektryczne na płycie (między termoparami)	Górne	0,77	0,77	0,77
		Dolne	0,67	0,67	0,67

WYKONANIE OBLICZEŃ.

• Średnia wartość napięcia termoelektrycznego :

czyli

• Przeliczamy wartość średnią napięcia termoelektrostatycznego na odpowiadającą mu różnicę temperatury temperatury
  [K]

(zdolność termoelektryczna termopary wynosi
)

• błąd bezwzględny pomiaru
  [K]

• współczynnik przewodności cieplnej
  

Następnie przystępujemy do obliczenia błędów.

• Względny błąd procentowy B_p współczynnika
  metodą logarytmiczną:

B_p=

Na błąd popełniany podczas wyznaczania współczynnika przewodności cieplnej największy wpływ ma pomiar napięcia.

• Błąd bezwzględny współczynnika
  wynosi:

S

Nazwa materiału próbki	płyta pilśniowa		Błąd bezwzględny		Błąd względny
Średnia różnica temperatur		17,75		0,25		0,014
Natężenie prądu	I [A]	0,74	[A]	0,01		0,01
Napięcie	U [V]	56,8	[V]	0,2		0,0035
Współczynnik przewodności cieplnej		0,07		O.00465		0,0665

WNIOSKI

• Badana przez nas próbka (płyta pilśniowa) jest dobrym izolatorem cieplnym.

• Największe prawdopodobieństwo popełnienia błędu względnego i bezwzględnego występuje podczas obliczania współczynnika przewodności cieplnej.

Wadą tego sposobu wykonywania pomiarów jest bardzo długi czas oczekiwania na ustalenie się równowagi cieplnej, która zależy między innymi od wielkości termicznego układu pomiarowego.

WARSZAWA 2003

SGSP

SPRAWOZDANIE Z ĆWIECZENIA NR 1

Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych

Wykonały :

Izabela Budzisz

Agnieszka Czyżewska

1

3

---