Pomiar przewodnoci cieplnej izolatorw.
Celem wiczenia jest:
a) zapoznanie si z metod pomiaru wspczynnika przewodnoci cieplnej izolatorw
b) nabycie umiejtnoci obsugiwania ultratermostatu
c) dokonanie pomiaru wspczynnika przewodnoci cieplnej izolatora
Wstp teoretyczny:
Jeeli przeciwlege cianki pyty o powierzchni przekroju S i gruboci d1 maj odpowiednio temperatury T1 i T2 (T1>T2),to nastpuje przepyw ciepa w kierunku powierzchni o niszej temperaturze. Ilo ciepa przepywajcego w jednostce czasu w stanie stacjonarnym wyrazi si wzorem
gdzie:
k-wspczynnik przewodnoci cieplnej, oznacza ilo ciepa przechodzcego w jednostce czasu przez jednostk powierzchni przy jednostkowym gradiencie temperatury (rnica temperatury 1K przypada na jednostk gruboci).
Rne ciaa maj rne wartoci przewodnoci cieplnej. Ciaa o maej wartoci wspczynnika
k- 10-1-102 (J/msk) nazywaj si izolatorami.
Zakadajc, e ilo wypromieniowanego ciepa jest proporcjonalna do powierzchni,
mona wyrazi ilo ciepa wypromieniowanego przez jednostk powierzchni w jednostce czasu jako:
gdzie:
r - promie mosinej pytki
d - grubo mosinej pytki
Po ustaleniu si temperatur dwch pyt w zestawie dowiadczalnym ilo ciepa przewodzona przez badan pytk jest rwna iloci ciepa wypromieniowanego przez boczn i doln powierzchni mosinej pyty:
gdzie:
m - masa odbiornika
c - ciepo waciwe odbiornika
d - grubo odbiornika
r - promie odbiornika
d1,r1 - grubo i promie badanej pyty
n = T/t - szybko stygnicia
T1 - T2 = Tr - rnica temperatur stanu rwnowagi
Przebieg pomiarw:
- Naleao pooy badan pytk na mosinej pycie, nastpnie na badanej pytce izolatora umieci puszk z gliceryn -zbiornik ciepa. Ogrza ukad do chwili osignicia stanu rwnowagi, tj. do ustalenia wartoci T1-T2. Wyj pytk izolatora i doprowadzi do ogrzania dolnej pyty o 3C powyej stanu rwnowagi. Nastpnie zdj puszk z gliceryn i wczy stoper. Co 5s odczytywa wartoci, a dolna pytka osignie temperatur o 4 mniejsz od stanu rwnowagi.
Wartoci wielkoci gabarytowych:
pytka nr 5 - bakelitowa
|
GRUBO |
|
REDNICA |
Lp. |
d1 [mm] |
Lp. |
Sr [mm] |
1 |
3,00 |
1 |
149,74 |
2 |
3,01 |
2 |
149,76 |
3 |
3,02 |
3 |
149,72 |
|
dsr = 3,01 + 0,01 |
|
Ssr = 149,74 + 0,02 |
r1 = Ssr/2 r1 = 74,84 + 0,04 [mm]
pytka nr 9 - drewniana
|
GRUBO |
|
REDNICA |
Lp. |
d1 [mm] |
Lp. |
Sr [mm] |
1 |
4,20 |
1 |
150,14 |
2 |
4,19 |
2 |
150,16 |
3 |
4,21 |
3 |
150,12 |
|
dsr = 4,20 + 0,01 |
|
Ssr = 150,14 + 0,02 |
r1 = Ssr/2 r1 = 75,07 + 0,04 [mm]
pytka P2 - mosina
|
GRUBO |
|
REDNICA |
Lp. |
d1 [mm] |
Lp. |
Sr [mm] |
1 |
11,90 |
1 |
150,10 |
2 |
11,91 |
2 |
150,12 |
3 |
11,89 |
3 |
150,08 |
|
dsr = 11,90 + 0,01 |
|
Ssr = 150,10 + 0,02 |
r1 = Ssr/2 r1 = 75,05 + 0,04 [mm]
1. Obliczamy wspczynnik przewodnoci cieplnej dla pytki bakelitowej.
- odczytuj najpierw temperatur rnicow Tr - po ogrzaniu pytki bakelitowej
Tr - 7,0 + 0,2 [K]
- po ogrzaniu pytki P2 o 3 odczytuj szybko stygnicia w przedziale Tsr + 3 < Tsr < Tsr + 4
Lp. odczyt co 5 [s] |
K + 0,2 |
0 |
4,0 |
5 |
4,1 |
10 |
4,2 |
15 |
4,3 |
20 |
4,5 |
25 |
4,6 |
30 |
4,7 |
35 |
4,9 |
40 |
5,0 |
45 |
5,2 |
50 |
5,4 |
55 |
5,5 |
60 |
5,7 |
65 |
5,9 |
70 |
6,1 |
75 |
6,3 |
80 |
6,4 |
85 |
6,5 |
90 |
6,7 |
95 |
6,9 |
100 |
7,0 |
105 |
7,3 |
110 |
7,4 |
115 |
7,5 |
120 |
7,6 |
125 |
7,8 |
130 |
7,9 |
135 |
8,0 |
140 |
8,2 |
145 |
8,4 |
150 |
8,6 |
155 |
8,8 |
160 |
8,9 |
165 |
9,1 |
170 |
9,2 |
175 |
9,3 |
180 |
9,4 |
185 |
9,5 |
190 |
9,6 |
195 |
9,7 |
200 |
9,9 |
205 |
10,0 |
210 |
10,2 |
215 |
10,3 |
220 |
10,5 |
225 |
10,6 |
230 |
10,7 |
235 |
10,8 |
240 |
11,0 |
- sporzdzam wykres zalenoci T=f(t)
- z wykresu mog okreli szybko stygnicia n = DTr/Dt
Tr = 7,0 0,2 [K]
t = 100,0 0,2 [s]
DT = 0,1 [K]
Dt = 5 [s]
n = DTr/Dt = 0,14 / 5 = 0,03 0,01 [K/s]
- obliczam wspczynnik przewodnictwa cieplnego k:
korzystam ze wzoru:
gdzie:
m - masa odbiornika (pytki mosinej) - 1,699 0,001 [kg]
c - ciepo waciwe odbiornika - 375 40 [J/kg*K]
d - grubo odbiornika - 1,19*10-2 0,01*10-2 [m]
r - promie odbiornika - 75,05*10-3 0,04*10-3 [m]
d1 - grubo badanej pyty - 3,01*10-3 0,01*10-3 [m]
r1 - promie badanej pyty - 74,84*10-3 0,04*10-3 [m]
T1 - T2 = Tr - rnica temp. stanu rwnowagi - 7,0 0,2 [K]
n = T/t - szybko stygnicia - 0,03 0,01 [K/s]
k = 2,4*10-1 [J/msK] = 0,25 [J/msK]
2. Obliczam wspczynnik przewodnoci cieplnej dla pytki drewnianej.
- odczytuj temperatur rnicow Tr - po ogrzaniu pytki drewnianej
Tr - 15,5 0,2 [K]
- po ogrzaniu pytki P2 o 3 odczytuj szybko stygnicia w przedziale Tsr 3 < Tsr < Tsr 4
Lp. odczyt co 5 [s] |
K + 0,2 |
0 |
12,5 |
5 |
12,6 |
10 |
12,8 |
15 |
13,0 |
20 |
13,2 |
25 |
13,4 |
30 |
13,5 |
35 |
13,6 |
40 |
13,9 |
45 |
14,0 |
50 |
14,1 |
55 |
14,2 |
60 |
14,4 |
65 |
14,5 |
70 |
14,7 |
75 |
14,8 |
80 |
14,9 |
85 |
15,0 |
90 |
15,2 |
95 |
15,3 |
100 |
15,4 |
105 |
15,6 |
110 |
15,7 |
115 |
15,8 |
120 |
16,0 |
125 |
16,2 |
130 |
16,3 |
135 |
16,4 |
140 |
16,5 |
145 |
16,7 |
150 |
16,8 |
155 |
16,9 |
160 |
17,0 |
165 |
17,1 |
170 |
17,3 |
175 |
17,4 |
180 |
17,5 |
185 |
17,7 |
190 |
17,8 |
195 |
18,0 |
200 |
18,1 |
205 |
18,2 |
210 |
18,3 |
215 |
18,5 |
220 |
18,7 |
225 |
18,9 |
230 |
19,1 |
235 |
19,3 |
240 |
19,5 |
- sporzdzam wykres zalenoci T=f(t)
- z wykresu mog okreli szybko stygnicia n = DTr/Dt
Tr = 15,5 0,2 [K]
t = 102,5 0,2 [s]
DT = 0,2 [K]
Dt = 5 [s]
n = DTr/Dt = 0,15 / 5 = 0,03 0,01 [K/s]
- obliczam wspczynnik przewodnictwa cieplnego k:
korzystam ze wzoru:
gdzie:
m - masa odbiornika (pytki mosinej) - 1,699 0,001 [kg]
c - ciepo waciwe odbiornika - 375 40 [J/kg*K]
d - grubo odbiornika - 1,19*10-2 0,01*10-2 [m]
r - promie odbiornika - 75,05*10-3 0,04*10-3 [m]
d1 - grubo badanej pyty - 4,2*10-3 0,01*10-3 [m]
r1 - promie badanej pyty - 75,07*10-3 0,04*10-3 [m]
T1 - T2 = Tr - rnica temp. stanu rwnowagi - 15,5 0,2 [K]
n = T/t - szybko stygnicia - 0,03 0,1 [K/s]
k = 1,66*10-1 [J/msK] = 0,17 [J/msK]
- Obliczam bd bezwzgldny Dk i bd wzgldby Dk/k * 100%
bdy obliczam metod pochodnej logarytmicznej
potrzebne wartoci pobieram z danych na obliczanie wspczynnika k:
- dla pytki bakelitowej
Dk = 0.12 0,1
Dk/k = 48%
- dla pytki drewnianej
Dk = 0,12 0,1
Dk/k = 48%
Wnioski:
Po obliczeniu wspczynnikw przewodnoci dla pytki bakelitowej i drewnianej mog stwierdzi, e oba wyniki zaliczaj te materiay do izolatorw, gdy mieszcz si w przedziale 10-1 - 102 (J/msK). Wspczynnik przewodnictwa cieplnego pytki drewnianej (0,17 [J/msK]), jest nieznacznie mniejszy od wspczynnika przewodnictwa cieplnego pytki bakelitowej (0,25 [J/msk]), co wiadczy o mniejszej przewodnoci, czyli bakelit jest gorszym izolatorem. Otrzymane wyniki, naraone s jednak na moliwo wystpienia duego bdu, ktry moe wywoa maa dokadno przyrzdw pomiarowych - przetwornika - oraz maa dokadno w odczycie temperatury (odczyt co pi sekund). Problem ten mona rozwiza poprzez zautomatyzowanie odczytw temperatury. Odczytanie temperatury rnicowej byo do trudne i mogo spowodowa duy bd, gdy wymagao to dugiego oczekiwania, na ustalenie si tej wartoci, ukazywanej przez miernik. Na bd wpywaj dodatkowe wypromieniowania ciepa z brzegw badanej pytki.
Wykres ukazujcy szybko stygnicia pytek jest w przyblieniu wykresem liniowym, co oznacza jednakow szybko oddawania temperatury. Otrzymane wartoci s takie same.
Bdy policzone metod rniczki logarytmicznej s do due, bd wzgldny wynosi prawie 50%.Ukazuje on, i wymagania w dokadnoci pomiarw jakie stawia powysze wiczenie s due i maj istotny wpyw na ostateczne wyniki.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Fizyka Pomiar Przewodności cieplnej izolatorów
Fizyka Pomiar przewodności cieplnej izolatorów 2 DOC
Fizyka Pomiar przewodności cieplnej izolatorów 1 DOC
Fizyka Pomiar przewodności cieplnej izolatorów 3 DOC
Laboratorium Podstaw Fizyki spr 24 Pomiar przewodności cieplnej izolatorów, PWR, MATERIAŁY PWR 1, LA
Pomiar przewodności cieplnej izolatorów, Sprawolki
Pomiar przewodności cieplnej izolatorów
POMIAR PRZEWODNOSCI CIEPLNEJ IZOLATORÓW 1(1) DOC
5 Pomiar przewodności cieplnej izolaorów
pomiar przewodności cieplnej i elektrycznej metali
Pomiar przewodnictwa cieplnego, Przewodnictwo cieplne
5 Pomiar przewodności cieplnej izolaorów
POMIAR TEMPERATURY PIROMETREM OPTYCZNYM, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 38-Badanie przewodn
Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego, Studia pomieszany burdel, FIZA EGZAMIN, FIZYKA-sp
Przewodnictwo elektrolitu, Fizyka- Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury., _________And
więcej podobnych podstron