Fizyka- Pomiar przewodności cieplnej izolatorów.4, _________Andrzej Grczak


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

0x01 graphic

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:

0x01 graphic

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:

0x01 graphic

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)

0x01 graphic

- 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:

0x01 graphic

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)

0x01 graphic
- 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:

0x01 graphic

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

0x01 graphic

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