Ćwiczenie 20.

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą i dokonanie pomiaru współczynnika przewodności cieplnej izolatorów, oraz zdobycie umiejętności obsługiwania ultratermostatu.

Wprowadzenie

Izolatorami nazywamy substancje organiczne i nieorganiczne, które charakteryzuje współczynnik przewodności cieplnej w zakresie od 10^-1 - 10² J/msK. Badana substancja (ebonit) w kształcie krążka została umieszczona pomiędzy mosiężną płytą i mosiężną puszką.

Jeżeli przeciwległe ścianki płyty o powierzchni przekroju S i grubości d1 mają odpowiednie temperatury T1 i T2 (tak, aby T1 było większe od T2), to następuje przepływ ciepła w kierunku powierzchni o niższej temperaturze.

Ilość ciepła przepływającego przez określoną powierzchnię w danym czasie możemy określić wzorem:

gdzie:

k- współczynnik przewodności cieplnej;

S- pole powierzchni przez które przenika strumień cieplny

D1-grubość badanej próbki

T1, -temperatura ogrzewanej puszki

T2- temperatura mosiężnej płyty

Współczynnik przewodności cieplnej k badanej płyty można wyznaczyć z zależności

gdzie r1 - promień badanej płyty

do wyznaczenia współczynnika przewodności cieplnej płytki należy zmierzyć :

• grubość d1

• promień r1

• temperatury T! i T2 przeciwległych powierzchni badanego materiału

• ilość ciepła Q, która przechodzi w jednostce czasu między powierzchniami o tych temperaturach.

Ilość ciepła wyznacza się pośrednio metodą stygnięcia, ponieważ jest ona bezpośrednio trudna do zmierzenia.

Układ do wyznaczenia przewodności cieplnej składa się z puszki mosiężnej o grubym dnie P1, płytki mosiężnej P2, płytki badanej P oraz ultratermostatu Hoplera. mosiężna płytka P2 została umieszczona na izolowanym trójnogu . mosiężna puszka połączona jest z ultratermostatem za pomocą gumowych rurek, przez które przepływa ogrzana do temp. 80 stopni C gliceryna. Ogrzewanie dolnej płyty powinno nastąpić do wyrównania się temp. T1 i T2, jednak w rzeczywistych warunkach temperatury te nigdy się nie zrównają. spowodowane jest to rozproszeniem ciepła do otoczenia, więc ogrzewanie przerywa się gdy temp T2 będzie bliska temp T1. następnie należy wyjąć badaną próbkę i ogrzać mosiężną płytę do temp. o 3 stopnie większą od temper. równowagi, po czym co 10 s należy dokonywać odczytu temp. mosiężnej płyty. Odczytywanie temp. kończymy w momencie uzyskania temp. o 3 stopnie niższej od temp. równowagi. z uzyskanych wyników możemy wykonać wykres stygnięcia mosiężnej płyty w funkcji czasu.

ROZMIARY PŁYTKI
GRUBOŚĆ d [mm]	ŚREDNICA 2r [mm]
5,43	148,01
5,31	149,05
5,28	149,31
5,21	149,04
Wartość uśredniona= 5,31	Wartość uśredniona=148,61
Masa pł =2,098 +-0,01 kg C=384,56J/kg*K

R(płyty górnej)=150,02mm

R dolnej=150,01

Grubość mosiężnej płyty dolnej= 21,04mm

Czas	Temp	190	54,4	390	51,7
0	54,5	200	54,3	400	51,5
10	55,0	210	54,2	410	51,4
20	55,0	220	54,1	420	51,3
30	55,0	230	54,0	430	51,1
40	55,1	240	53,8	440	51,0
50	55,2	250	53,6	450	51,0
60	55,2	260	53,5	460	50,8
70	55,2	270	53,0	470	50,6
80	55,2	280	53,01	480	50,5
90	55,2	290	53,1	490	50,4
100	55,1	300	52,9	500	50,3
110	55,0	310	52,8
120	55,0	320	52,6
130	55,0	330	52,5
140	54,9	340	52,4
150	54,8	350	52,2
160	54,7	360	52,1
170	54,5	370	52,0
180	54,4	380	51,8

wnioski

na podstawie wykonanego ćwiczenia obliczyliśmy współczynnik przewodności cieplnej izolatorów.

w warunkach panujących w laboratorium temperatury T1 i T2 daleko odbiegały od stanu równowagi. różnica temp. wynosiła 27,4 Pomimo to obliczyliśmy współczynnik przewodności cieplnej izolatorów, który wynosi k=6,489 [J/msK]. na podstawie którego stwierdziliśmy, że badany materiał można zaliczyć do izolatorów, ponieważ obliczony współczynnik zawiera się w przedziale 10^-1 do 10² J/msK. Błędy, jakie zostały popełnione przy wykonywaniu niniejszego ćwiczenia, wynikają z niedokładności przyrządów użytych do pomiarów.

---