Marcelina Gut Olsztyn 25.10.2010

Inżynieria Środowiska, stacjonarne

Rok 1, grupa 1, rok akademicki 2010/2011

Ćwiczenie nr 55 : Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego

1)

Przepływ energii między ciałami może odbywać się przez:

-przewodzenie

-unoszenie (konwekcję)

-promieniowanie termiczne

Warunkiem przepływu ciepła jest różnica temperatur, ponadto dla konwekcji oraz przewodzenia musi istnieć materialny środek kontaktujący.

Przewodzenie energii, zwanej ilością ciepła, polega na tym, że cząsteczki ciała o wysokiej temperaturze, a więc o dużej średniej energii kinetycznej, wprawiają za pośrednictwem sił molekularnych w intensywniejsze drgania cząsteczki ciała o niższej temperaturze, czyli przekazują im część własnej energii kinetycznej.

2)

Współczynnik proporcjonalności λ nazywamy współczynnikiem przewodnictwa cieplnego lub przewodnictwem właściwym materiału.

$$\lambda = \frac{\frac{\Delta q}{\Delta t}}{s\frac{\Delta T}{\Delta x}}$$

λ oznacza ilość energii p[przepływającej w jednostce czasu przez powierzchnię 1m², prostopadłą do kierunku przepływu energii, przy spadku temperatury wynoszącym 1K na 1m.

Wymiar λ ustalamy z powyższego wzoru:

$$\left\lbrack \lambda \right\rbrack = \frac{\frac{J}{s}}{m^{2}\frac{K}{m}} = \frac{J}{\text{msK}}$$

Wartości współczynników λ są zawarte w bardzo szerokich granicach – od ok. 0,04$\frac{J}{\text{msK}}$ dla płyty korkowej do 419 $\frac{J}{\text{msK}}$ dla srebra.

Dla cieczy wartości współczynnika λ są średnio około 100 razy mniejsze od przeciętnej dla ciał stałych, a dla gazów – ok. 10 razy mniejsze niż dla cieczy

5)

Współczynnik przewodnictwa cieplnego materiału zależy od jego składu chemicznego, budowy, porowatości, stanu skupienia oraz temperatury.

4)

Prawo Fouriera

Ilość ciepła q przewodzonego wzdłuż odcinka x ciała jest wprost proporcjonalna do pola przekroju S (prostopadłego do kierunku przepływu energii) oraz do różnicy temperatur T na tym odcinku, a odwrotnie proporcjonalna do długości x tego odcinka, ponadto zależy w dużej mierze od rodzaju materiału.

$$\frac{\text{Δq}}{\Delta t} = \lambda s\frac{\Delta T}{\Delta x}$$

Prawo Wiena – prawo opisujące promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało doskonale czarne. Ze wzrostem temperatury widmo promieniowania ciała doskonale czarnego przesuwa się w stronę fal krótszych, zgodnie ze wzorem:

gdzie:

– długość fali o maksymalnej mocy promieniowania mierzona w metrach

– temperatura ciała doskonale czarnego mierzona w kelwinach,

– stała Wiena

5) Wzór roboczy

$$\lambda = \frac{1}{2\pi l} \bullet \frac{\text{ηUI}}{T_{2} - T_{1}}\ln\frac{r_{2}}{r_{1}}$$

Gdzie:

η – współczynnik sprawności

U – napięcie

I – natężenie prądu