Folta Jakub Gr. 3

Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych

Temat ćwiczenia:

Badanie przewodnictwa cieplnego metali i stopów.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie metod stosowanych w badaniach stacjonarnego i niestacjonarnego przepływu ciepła w metalach i stopach. Pierwsza część, ćwiczenia jest poświecona pomiarom współczynnika przewodnictwa cieplnego, natomiast druga cześć dotyczy określenia współczynnika przewodnictwa temperaturowego.

Wyposażenie stanowiska:

Stanowisko pomiarowe składa się z trzech cylindrycznych próbek o jednakowych średnicach. Środkowa próbka wykonana jest z materiału badanego a górna i dolna z materiału wzorcowego. Dolna próbka ogrzewana jest płytą grzejna natomiast górna styka się z chłodnicą. W jednakowych odległościach na każdej z próbek rozmieszone są końcówki temperatur różnicowych 1- 2, 3- 4, 5- 6 które mają różnice temperatur ΔT1, ΔT2, ΔT3.

Gdy ΔT1 = ΔT3 słuszna jest zależność

Przebieg ćwiczenia:

Ustawić próbkę badaną pomiędzy próbkami wzorcowymi i powierzchnie czołowe pokryć pastą zapewniającą dobry kontakt. Podłączyć termopary zgodnie ze schematem. Nałożyć ekran i chłodnicę. Ustalić napięcie zasilania na autotransformatorze. Rejestrować, co kilka minut wartości temperatury na próbce badanej i próbkach wzorcowych, (T1, T2, T3, T4, T5, T6) aż do osiągnięcia stacjonarnego przepływu ciepła, tj., gdy gradienty temperatury w obu próbkach wzorcowych są jednakowe (T1 - T2 = T4 + T6). Ewentualnie mogą się one różnić o mniej niż 10%. Określić temperaturę próbki badanej
. Dla temp. T określić wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej. Wartość tę należy odczytać z wykresu
, który jest wyłożony na stanowisku badawczym. Korzystając ze wzoru, określić wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego badanej próbki.

Pomiar przy piecu rozgrzanym do 220 °C

Lp.	Temp °C	Temp. otoczenia		Różnica temperatur
T1	175	20	195	ΔT1= 19
T2	156				176
T3	139				159	ΔT2= 4
T4	135				155
T5	120				140	ΔT3= 20
T6	100				120

Określanie temperatury próbki badanej:

T = 0,5(T₄ + T₃) = 0,5(155°C + 159°C) = 157°C

Dla wyliczonej temperatury T określany za pomocą wykresu λ = f(T) wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej

λ₁ = 17,3 [W/m°C]

Określamy wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanej.

λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂

λ₂ = λ₁*(ΔT₁/ ΔT₂) = 17,3*(19/4) = 82,175 [W/m°C]

Pomiar przy piecu rozgrzanym do 240 °C

Lp.	Temp °C	Temp. otoczenia	273 °C	Różnica temperatur
T1	195	20	215	ΔT1= 23
T2	172				192
T3	150				170	ΔT2= 4
T4	145				165
T5	127				147	ΔT3= 23
T6	104				124

Określanie temperatury próbki badanej

T = 0,5(T₄ + T₃) = 0,5(165°C + 170°C) = 167,5°C

Dla wyliczonej temperatury T określany za pomocą wykresu λ = f(T) wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej

λ₁ = 17,6 [W/m°C]

Określamy wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanej.

λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂

λ₂ = λ₁*(ΔT₁/ ΔT₂)= 16,2*(23/4) = 93,15 [W/m°C]

Pomiar przy piecu rozgrzanym do 260 °C

Lp.	Temp °C	Temp. otoczenia	273 °C	Różnica temperatur
T1	210	20	230	ΔT1= 24
T2	184				204
T3	159				179	ΔT2= 4
T4	157				177
T5	133				153	ΔT3= 24
T6	107				127

Określanie temperatury próbki badanej:

T = 0,5(T₄ + T₃) = 0,5(157°C + 179°C) = 168°C

Dla wyliczonej temperatury T określany za pomocą wykresu λ = f(T) wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki wzorcowej

λ₁ = 17,6 [W/m°C]

Określamy wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego próbki badanej.

λ₁*ΔT₁= λ₂*ΔT₂

λ₂ = λ₁*(ΔT₁/ ΔT₂)= 17,6*(24/4) = 105,6 [W/m°C]

Obliczamy przewodność właściwą przy temperaturze T dla

Przewodność właściwa pomiaru pierwszego.

σ(T) = 10300000* (1 - 0,0045* [355,175-295] = 61,7 * 10⁷ [s/m]

Przewodność właściwa pomiaru drugiego.

σ(T) = 10300000* (1-0,0045* [366,15- 295] = 70,8*10⁷ [s/m]

Przewodność właściwa pomiaru trzeciego.

σ(T) = 10300000* (1-0,0045* [378,6- 295] = 85,7*10⁷ [s/m]

Sprawdzamy wzór Wiedemanna- Franza.:

Wnioski:

Z wykresu wnioskujemy, że wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego jest wprost proporcjonalna do temperatury to znaczy, iż wzrost temperatury powoduje wzrost współczynnika przewodnictwa cieplnego, natomiast spadek temperatury powoduje spadek przewodnictwa cieplnego. Z obliczeń wynika że prawo Wiedemanna- Franza nie zostało spełnione ponieważ stosunek przewodności cieplnej do przewodności elektrycznej nie jest w danej temperaturze stały (błąd wynosi nawet 13%). Może to wynikać z niedokładności aparatury pomiarowej oraz niedokładności odczytania λ= f(T) z wykresu wzorcowego.

2

---