Albert Makowski Data wykonania ćwiczenia: 11.03.2010r.

Piotr Billing

Malwina Galina

Wydział: W-3

Kierunek: Technologia chemiczna

Rok studiów: 1

Ćwiczenie numer 27

Pomiar przewodności cieplnej i elektrycznej metali.

Prowadzący: mgr inż. Paweł Potasz

I. Zestaw przyrządów

1. Komora pomiarowa wyłożona wewnątrz warstwą izolującą. Wewnątrz komory znajduje się

termopara służąca do pomiaru różnicy temperatur między końcami badanego pręta. W dolnej

części komory znajduje się grzejnik ( rys. 1). Badany pręt metalowy umieszcza się w komorze

wewnątrz izolującej warstwy, między grzejnikiem, a miedzianym radiatorem dociskającym pręt do grzejnika.

2. Zasilacz do grzejnika.

3. Badane pręty metalowe.

4. Amperomierz.

5. Woltomierz.

6. Cyfrowy miernik temperatury.

7. Suwmiarka.

II. Cel ćwiczenia.

1. Poznanie mechanizmu przenoszenia energii w ciałach stałych ze szczególnym

uwzględnieniem metali.

2. Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego na podstawie charakterystyki

grzania metalowego pręta.

3. Wyznaczanie ciepła właściwego badanych materiałów.

III. Schemat układu pomiarowego.

IV. Tabele

Odpowiednie wartości dla badanych prętów. Podane wartości w tabeli są wartościami średnimi.

Rodzaj próbki	l	∆l	2R	∆2R	m	∆m	V	∆V	U	∆U	I	∆I
	m	m	m	m	g	g	m^3	m^3	V	V	A	A
Miedź	0.26088	0,04	0.01853	0,05	587.35	0.1	2.805∙10^-4	1,63∙10^-6	8.5	0,043	0.605	0,0033
Aluminium	0.26043	0,06	0.01883	0,06	188.45	0.1	2.891∙10^-4	1,12∙10^-6	7.5	0,038	0.688	0,0034

V. Obliczenia i użyte wzory.

1. Niepewności pomiarów długości (Δl), średnicy (Δ2R), masy (Δm), objętości (ΔV) i pola przekroju (ΔS) prętów (obliczone z odchylenia standardowego i pochodnej logarytmicznej):

1. dla miedzi

2R = (18,53 ± 0,05) [mm]

l = (260,88 ± 0,04) [mm]

m = (587,35 ± 0,1) [g]

V = (2.80522∙10^-4 ± ) [m³]

S = (269,68 ± 0,916) [mm²]

1. dla aluminium

2R = (18,83 ± 0,06) [mm]

l = (260,43 ± 0,06) [mm]

m = (188,45 ± 0,1) [g]

V = (2.89139∙10^-4 ± ) [m³]

S = (277,60 ± 1,769) [mm²]

1. Niepewności pomiarów natężenia (ΔI) i napięcia (ΔU) i mocy (ΔP) prądu płynącego badane przez pręty.

1. dla miedzi:

2. dla aluminium:

3. Obliczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego (K), ciepła właściwego (∆C_w) oraz niepewności pomiarowej przy pomocy pochodnej logarytmicznej.

• Różnica temperatur w stanie ustalonym ∆T:

a) dla miedzi ∆T = 300.6K

b) dla aluminium ∆T = 292.7K

• Współczynnik przewodnictwa cieplnego (K) oraz jego niepewność pomiarowa (ΔK).

a) K oraz ΔK dla miedzi:

K = (16.57 ± 0,23) [W/K ∙ m]

b) K oraz ΔK dla aluminium:

K = (16.59 ± 0,28) [W/K ∙ m]

• Ciepło właściwe i niepewność względna.

1. Ciepło właściwe i niepewność względna ciepła właściwego (∆C_w) dla miedzi

Cieplna stała czasowa τ_c dla miedzi: 17.45

C_w = (16,57 ± 0,11) []

1. Ciepło właściwe i niepewność względna ciepła właściwego (∆C_w) dla aluminium:

Cieplna stała czasowa τ_c dla aluminium: 12.45

C_w = (16,59 ± 0,27) []

VI. Sporządzone wykresy.

VII. Analiza niepewności pomiarowych.

Na niepewność pomiarową miał wpływ szereg czynników: niedokładność suwmiarki, którą dokonywaliśmy pomiarów długości pręta oraz jego średnicy, pomiary te wykonaliśmy dwukrotnie, ponieważ w zależności od tego jak mocno ścisnęliśmy mierzony pręt to kolejne pomiary różniły się nieco od siebie, a na końcu obliczyliśmy średnią arytmetyczną z tych pomiarów natomiast niepewność pomiarową ww. parametrów obliczyliśmy korzystając z odchylenia standardowego.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na dokładność wykonanego przez nas ćwiczenia jest dokładność przyrządów mierzących napięcie i natężenie prądu, ponieważ były to między innymi urządzenia analogowe ich niedokładność liczymy jako klasa urządzenia razy zakres przez sto.

Wpływ na dokładność naszego doświadczenia mogło też mieć niewystarczające odizolowanie badanego pręta od otoczenia, oraz błędy ludzkie.

VIII.Wnioski.

Badane metale są bardzo dobrymi przewodnikami energii, szczególnie miedź. Możemy to odczytać wprost z przeprowadzonych pomiarów – oba te metale bardzo dobrze przewodzą ciepło o czym świadczy podobny stopień przewodnictwa cieplnego, który wyliczyliśmy.

Zauważmy też, że współczynnik przewodnictwa cieplnego, K jest zależny tylko od temperatury, jaką ma badany pręt i jest charakterystyczny dla danej substancji.

Ponadto należy zwrócić uwagę na, to że różnica ciepła właściwego dla miedzi i dla aluminium jest dość duża, co wynika z różnicy temperatur na końcach prętów w stanie ustalonym. Obrazuje nam to różnicę pomiędzy możliwościami przewodzenia miedzi i aluminium. Mimo tego, że oba te metale są dobrymi przewodnikami zarówno ciepła jak i elektryczności możemy ustalić, że miedź znacznie przewyższa glin w tych zdolnościach.