WIL	Konrad Siekacz	Zespół nr 1	Data wykonania ćwiczenia: 27.03.2011
Grupa:111	Temat: Badanie transportu i wymiany ciepła	Numer ćwiczenia:10	Ocena:

1. Wprowadzenie, teoria

Przepływ i wymiana ciepła pomiędzy dwoma ciałami zachodzi wówczas, gdy istnieje pomiędzy nimi różnica temperatur. Proces ten polega na przekazywaniu przez jedno ciało drugiemu ciału energii wewnętrznej w skali mikroskopowej. Jeżeli oba ciała pozostają ze sobą w kontakcie wystarczająco długo, to w wyniku przepływu ciepła z ciał o wyższej temperaturze (T₁) do ciała o niższej temperaturze (T₂), nastąpi wyrównanie się temperatur obu ciał. Temperatura danego ciała jest miarą średniej energii kinetycznej zbioru cząsteczek, który to ciało stanowi.

Przewodnictwo cieplne ciał opisuje prawo Fouriera. Gęstość strumienia cieplnego q, tj. ilości energii cieplnej Q przepływającej w czasie dτ przez powierzchnię elementarną dS prostopadłą do kierunku przepływu:

,

jest proporcjonalna do gradientu temperatury T. Jeśli ograniczymy się tylko do przepływu wzdłuż jednego kierunku, np. x, to wówczas prawo Fouriera ma postać:

.

Współczynnik k zależy od rodzaju materiału i nosi nazwę współczynnika przewodnictwa cieplnego. Charakteryzuje zdolność ciała do przewodzenia ciepła. Jest liczbowo równy ilości ciepła przepływającej w ciągu 1s przez płytkę danego materiału o powierzchni 1m² i grubości 1m pod wpływem różnicy temperatur 1K po obu stronach próbki. Jego wymiarem jest 1 W/(mK). Całkowitą ilość ciepła przenikającą przez próbkę w jednostce czasu, czyli szybkość przepływu ciepła dQ/dτ w stanie ustalonym, uzyskamy po wysumowaniu gęstości strumienia cieplnego po powierzchni S i po grubości x dla ustalonych temperatur T₁ i T₂ po obu jej stronach:

Otrzymujemy ostatecznie, że szybkość przepływu ciepła przez powierzchnię S próbki o grubości d wynosi:

,

gdzie (T­₁ - T₂) - różnica temperatur między powierzchniami próbki. Równanie to można zapisać w innej postaci poprzez analogię do prawa Ohma dla prądu elektrycznego, tj.

Możemy zatem powiedzieć, że „prąd cieplny” dQ/dτ przepływa pod wpływem różnicy temperatur ΔT i „doznaje” oporu przepływu - oporu cieplnego:

.

2. Wykonanie ćwiczenia i opracowanie wyników

Masa odbiornika m = 508,00⋅10^-3 kg

Średnica odbiornika 2r = 120⋅10^-3 m

Ciepło właściwe odbiornika c = 3,8⋅10² [J/kg⋅K]

Niepewności pomiarowe

Pomierzona grubość płytki:

d₁ = 6 mm

d₂ = 6,5 mm

d₃ = 6 mm

d₄ = 6,1 mm

Δd = 6,15 mm

Zadanie :

Pomiar przepływu ciepła pomiędzy grzejnikiem a odbiornikiem:

Lp.	T [s]	~Δτ [mV]
1	30	2,93
2	60	2,90
3	90	2,89
4	120	2,86
5	150	2,82
6	180	2,76
7	210	2,69
8	240	2,63
9	270	2,58
10	300	2,52
11	330	2,47
12	360	2,42
13	390	2,37
14	420	2,33
15	450	2,29

Wyznaczam opór cieplny stykowy między odbiornikiem a grzejnikiem:

---