1.WSTĘP TEORETYCZNY.
1.1 Cel ćwiczenia : zapoznanie z metodą pomiaru współczynnika przewodnoœci cieplnej izolatorów oraz dokonanie tego pomiaru.
1.2 Wiadomoœci ogólne.
Jeżeli przeciwległe œcianki płyty o powierzchni przekroju S i gruboœci d1 mają odpowoednio temperatury T1 i T2 przy założeniu , że T1>T2 , to następuje przepływ ciepła w kierunku powierzchni o niższej temperaturze.
Iloœć ciepła przepływającego w jednostce czasu w stanie stacjonarnym wyraża się wzorem :
, w naszym przypadku : 
gdzie k - współczynnik przewodnoœci cieplnej , który oznacza iloœć ciepła przechodzącego w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni przy jednostkowym gradiencie temperatury.
Różne ciała mają różne wartoœci przewodnoœci cieplnej. Ciała o małej wartoœci współczynnika przewodnoœci cieplnej ( 10-1-10-2 J/(msK) ) nazywają się izolatorami.
Aby wyznaczyć wspólczynnik przewodnoœci cieplnej płytki , należy zmierzyć jej gruboœć d1 , promień r1 , temperatury T1 i T2 przeciwległych powierzchni oraz iloœć ciepła Q przechodzącą w jednostce czasu między powierzchniami o tych temperaturach. Ta iloœć ciepła jest bezpoœcrednio trudna do zmierzenia , dlatego wyznacza się ją poœrednio metodą stygnięcia.
Jeżeli szybkoœć stygnięcia w pobliżu temperatury T2 jest n = T / t , to iloœć wypromieniowanego ciepła w jednostce czasu jest równa m c n , gdzie c - ciepło wlaœciwe płyty a m - masa płyty.
Zakładając , że iloœć wypromieniowanego ciepła jest proporcjonalna do powierzchni , można wyrazić iloœć ciepła wypromieniowaną przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jako :
Uwzględniwszy fakt , że po ustaleniu się temperatur iloœć ciepła przewodzona przez badaną płytę jest równa iloœci ciepła wypromieniowanej przez boczną i dolną powierzchnię płyty , możemy napisać :
1.3 Przebieg doœwiadczenia.
Układ do wyznaczania przewodnoœci cieplnej składa się z mosiężnej puszki o grubym dnie ( P1), płytki mosiężnej ( P2 ) , płytki badanej ( P ) , termostatu oraz cyfrowego miernika temperatury. Puszka , płytka badana i mosiężna są okrągłe. Płytka P2 opiera się na trzech izolujących nóżkach.
Na początku glicerynę umieszczoną w termostacie podgrzewamy do temperatury 80 °C. Po podgrzaniu wyłączamy grzałkę , jednoczeœnie włączając drugą , utrzymującą ustaloną temperaturę 80 °C. Następnie podłączamy termoparę do cyfrowego miernika temperatury. Płytkę wybranego izolatora przeznaczoną do pomiaru przewodnoœci cieplnej kładziemy na płycie P2 ( odbiornik ciepła ). ródło ciepła P1 ( mosiężna puszka ) kładziemy na badanej płytce izolatora.
Taki układ płyt ogrzewamy do chwili ustalenia się temperatury T1 górnej płyty i temperatury T2 dolnej płyty , tj. T1-T2 = const. Ustalona wartoœc temperatury odczytana na cyfr.mier.temp. nazywa się temperaturą różnicową. Ustalenie się tych temperatur zachodzi wówczas , gdy iloœć ciepła przewodzona przez badaną płytkę jest równa iloœci ciepła wypromieniowanej przez dolną płytę. Aby okreœlić tę iloœć ciepła , należy wyznaczyć szybkoœć stygnięcia dolnej płytki w pobliżu temperatury T2. W tym celu ,po wyjęciu badanej płytki , poprzez bezpoœredni kontakt P1 i P2 ogrzewamy dolną płytę o 3 °C od temperatury różnicowej , a następnie po zdjęciu puszki P1 wyznacza się szybkoœć jej stygnięcia. W jednostkowych odstępach czasu tj. co 30 s , mierzymy temperaturę T2 do chwili gdy będzie ona większa o około 4 °C od temperatury równowagi.
Tr - 3 °C < Tr < Tr + 4 °C - przedział temperatur w którym mierzymy szybkoœc stygnięcia.
2. WYNIKI POMIARÓW.
2.1 Płytka badanego izolatora.
LP. |
2r1 [ mm ] |
r1± r1 [ mm ] |
d1± d1[ mm ] |
1. |
149,4 |
74,7± 0,1 |
2,0± 0,1 |
2. |
149,3 |
74,7± 0,1 |
2,1± 0,1 |
3. |
149,2 |
74,6± 0,1 |
2,0± 0,1 |
4. |
149,3 |
74,7± 0,1 |
2,1± 0,1 |
5. |
149,4 |
74,7± 0,1 |
2,0± 0,1 |
< œrednie > |
149,3 |
74,7± 0,1 |
2,0± 0,1 |
2.2 Płyta mosiężna ( P2 ).
m = ( 1669 ± 0,2 ) g ; c (ciepło właœciwe mosiądzu ) = ( 375 ± 40 ) J / kg " K
LP. |
2r [ mm ] |
r ± r [ mm ] |
d ± d [ mm ] |
1. |
150,2 |
75,1± 0,1 |
12,3± 0,1 |
2. |
150,1 |
75,1± 0,1 |
12,1± 0,1 |
3. |
150,2 |
75,1± 0,1 |
12,3± 0,1 |
4. |
150,2 |
75,1± 0,1 |
12,2± 0,1 |
5. |
150,1 |
75,1± 0,1 |
12,1± 0,1 |
< œrednie > |
150,2 |
75,1± 0,1 |
12,2± 0,1 |
2.3 Temperatura różnicowa TR = T1 - T2 = 11°C = const ( temperatura równowagi )
2.4 Szybkoœć stygnięcia w przedziale 8°C < TR < 15°C
LP. |
t [ s ] |
T [ °C ] |
T[ °C ] |
n [ °C / s ] |
n |
1. |
0 |
8,0 |
|
|
|
2. |
30 |
8,3 |
0,3 |
0,01 |
0,023 |
3. |
60 |
9,1 |
0,8 |
0,026 |
0,007 |
4. |
90 |
10,1 |
1 |
0,03 |
0,003 |
5. |
120 |
11,3 |
1,2 |
0,04 |
0,007 |
6. |
150 |
12,5 |
1,2 |
0,04 |
0,007 |
7. |
180 |
13,6 |
1,1 |
0,036 |
0,003 |
8. |
210 |
14,8 |
1,2 |
0,04 |
0,007 |
9. |
240 |
16,0 |
1,2 |
0,04 |
0,007 |
< n > = ( 0,033 ± 0,008 ) °C / s
2.5 Krzywa stygnięcia.
2.6 Współczynnik przewodnictwa cieplnego k.
3.ANALIZA BŁĘDÓW.
4.UWAGI I WNIOSKI.
Wzór na współczynnik przewodnoœci cieplnej k wyprowadzono przy założeniu , że prąd ciepła jest normalny do powierzchni badanej płytki. Ponadto szybkoœć stygnięcia płytki ( mosiężnej ) w stanie stacjonarnym może być nieco różna od wyznaczonej doœwiadczalnie ze względu na większy wpływ prądów konwekcyjnych na stygnięcie powierzchni górnej płytki niż dolnej. Dodatkowo pewnym przybliżeniem jest także założenie proporcjonalnoœci wypromieniowanego ciepła do wielkoœci powierzchni.
4.UWAGI I WNIOSKI.
Stosunkowo duży błąd k wynika z następujących faktów :
a) płytka izolatora wypromieniowuje ciepło również z brzegów ,
b) szybsze stygnięcie górnej powierzchni płytki mosiężnej spowodowane konwekcją ,
c) założenie proporcjonalnoœci wypromieniowanego ciepła do powierzchni.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
ćwiczenie 28
WRL1296, PWr Energetyka, Spalanie i paliwa, sprawozdania cwiczenie 28 lpf pwr
Ćwiczenie 28, Ćwiczenie 28 (3), NATALIA
Cwiczenie 28 a
Ekonometria-ćwiczenia z 28-04-2001
MIKROEKONOMIA ĆWICZENIA 8 (28 01 2012)
cwiczenia 1 28.02.2008, testy, wstęp
45 Arkuszy ćwiczeniowych Matura angielski rozmowy sterowane, Arkusz ćwiczeniowy 28, Arkusz ćwiczenio
Ćwiczenie (28), fiz28tomi, 1
Ćwiczenie (28), CW28, LABORATORIUM FIZYKI I
Cwiczenia 28 29 2007
Cwiczenie 28 - notatki, Elektronika
Ćwiczenia 5 (28 11 14)
cwiczenia 4 28.03.2008, Prawoznawstwo, Materialy e-learning, mgr M. Zalewska
Ćwiczenie 28-aneks
ekologia cwiczenie 28
więcej podobnych podstron