WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa C04J mgr inż. Leszek Kubiak
 stopień i nazwisko

prowadzącego

GOLONKA Marcin

( imię i nazwisko słuchacza)

ocena końcowa ocena przygot.

do ćwiczenia

SPRAWOZDANIE

Z

PRACY LABORATORYJNEJ Nr 12

Temat: Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa cieplnego ciał stałych metodą Christiansena

  1. Wstęp teoretyczny.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika przewodnictwa cieplnego danych ciał stałych metodą Christiansena.

Jak wiadomo, jeśli w różne punkty ciała mają różną temperaturę, to występować tam będzie przepływ ciepła dążący do wyrównania temperatury. Dla różnych ciał przepływ ten odbywać się będzie z różną prędkością, zależącą właśnie od współczynnika przewodnictwa cieplnego. Prawo to opisuje wzór:

gdzie Q - ilość ciepła przechodzącą w jednostce czasu przez jednorodną warstwę o grubości Δx i powierzchni S przy różnicy temperatur ΔT.

λ jest właśnie szukanym współczynnikiem.

Istotą proponowanej metody Christiansena jest uniknięcie konieczności bezpośredniego mierzenia ilości ciepła Q (co jest bardzo kłopotliwe). Metoda ta, jako metoda porównawcza, odnosi badaną wielkość do wzorcowego współczynnika przewodnictwa cieplnego, który jest dany. Ostatecznie zatem do wyznaczenia wielkości λ należy posłużyć się wzorem:

λx - szukana wielkość;

λ0 - wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego ciała wzorcowego;

dx - grubość warstwy ciała badanego;

d0 - grubość warstwy ciała wzorcowego;

ΔTx - spadek temperatury na ciele badanym;

ΔTx - spadek temperatury na ciele wzorcowym;

  1. Wyniki pomiarów.

    2. T[°C]

    ok. 30

    ok. 40

    V1

    1,34

    1,56

    V2

    1,17

    1,32

    V3

    1,19

    1,35

    V4

    0,94

    1

    plexiglas: d0 = 14 ± 0.5 mm λ0 = 0.17 kcal / (m*deg*s)

    textolit: dx = 10.7 ± 0.1 mm 0x01 graphic
    = 0.041 mV/K

    0x01 graphic
    mV


    1. Obliczenia


    Ponieważ temperatura jest wprost proporcjonalna do wskazania galwanometru (w mV), a we wzorze mamy do czynienia ze stosunkiem temperatur, to współczynnik 0x01 graphic
    skróci się. Dodatkowo wiadomo, że czułość obu termopar jest jednakowa, zatem wzór przyjmie postać:

    0x01 graphic

    Następnie wyliczam względny i bezwzględny błąd wartości 0x01 graphic
    ze wzoru: 0x01 graphic


    Do obliczeń korzystam z pomocy programu Excel.

    temp.

    lp

    V

    T

     

    ΔT

    λx

    Δλx/λx

    Δλx

    30

    1

    1,34

    32,683

    ∆Tx

    4,146

    0,19107

    0,00452

    0,00086

    2

    1,17

    28,537

    3

    1,19

    29,024

    ∆To

    6,098

    4

    0,94

    22,927

    40

    1

    1,56

    38,049

    ∆Tx

    5,854

    0,18948

    0,00452

    0,00086

    2

    1,32

    32,195

    3

    1,35

    32,927

    ∆To

    8,537

    4

    1,00

    24,390


    1. Wnioski


    Po wykonaniu odpowiednich obliczeń ostateczne wartości współczynników przenikalności cieplnej pleksiglasu wynoszą:

    λx = 799,729±0,012W/(m⋅K) przy temperaturze grzejnika ok. 300 C

    λx =793,065±0,011 W/(m⋅K) przy temperaturze grzejnika ok. 400 C

    W doświadczeniu, aby strumień cieplny przepływający przez płytki był niezachwiany, grubość płytek powinna być nieskończenie mała. Błąd wynika także z tego, że płytki wykonane są z ciała sztywnego. W ten sposób utrudniony jest kontakt cieplny między nimi, czego nie jest w stanie naprawić nawet gumowa podkładka. Słaby kontakt cieplny utrudnia ustalenie się równowagi strumienia cieplnego, a to ma wpływ na bezpośredni pomiar napięć.

    Moje wyniki obarczone są błędem około 6%, tak więc są dość dokładne.