Jonasz Załęski 6.12.2006

150301

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 28

Temat: Pomiar przewodności cieplnej izolatorów.

Cel ćwiczenia:

Wyznaczanie współczynnika przewodności cieplnej izolatora.

Zestaw przyrządów użytych w ćwiczeniu

1. Zestaw do pomiaru przewodnictwa cieplnego izolatorów

2. Zasilacz z regulatorem temperatury

3. Cyfrowy miernik temperatury

4. Termopara

5. Zestaw izolatorów

6. Suwmiarka

7 Śruba mikrometryczna

8. Stoper

Opis ćwiczenia

Początkowo zmierzyliśmy średnicę i grubość odbiornika ciepła, oraz średnicę izolatora za pomocą suwmiarki. Do pomiarów grubości wybranego izolatora posłużyła nam śruba mikrometryczna. Po wykonaniu tych pomiarów przystąpiliśmy do ogrzewania odbiornika ciepła. Gdy ten osiągnął temperaturę źródła, między oba te elementy włożyliśmy badany izolator i czekaliśmy na ustalenie się temperatur stanu równowagi. Po odczytaniu żądanych wartości, wyjęliśmy z układu izolator i przystąpiliśmy do ogrzewania odbiornika ciepła do zadanej temperatury. Następnie zdieliśmy odbiornik ze źródła i przystąpiliśmy do mierzenia szybkości stygnięcia odbiornika. Wszystkie uzyskane w doświadczeniu wyniki zostały zapisane w tabeli.

1. Obliczenie szybkości stygnięcia odbiornika ciepła

t [s]	T [°C]	t [s]	T [°C]	t [s]	T [°C]	t [s]	T [°C]
10	7,8	110	10,2	210	12,5	310	14,2
20	7,7	120	10,4	220	12,7	320	14,2
30	7,9	130	10,6	230	12,9	330	14,3
40	8,1	140	10,9	240	13,1	340	14,5
50	8,3	150	11,2	250	13,3	350	14,7
60	8,7	160	11,3	260	13,5	360	14,9
70	9	170	11,5	270	13,6
80	9,3	180	11,7	280	13,8
90	9,6	190	12,0	290	14
100	9,8	200	12,3	300	14,1

T_k = 14 [°C]

T_p = 9 [°C]

t_k = 290 [s]

t_p = 70 [s]

n = 0,023 [K/s]

∆n=0,00112[K/s]

Wykres zależności temperatury od czasu

Wyniki pomiarów

m [g]`	∆m [g]	c [J/kg*K]	∆c [J/kg*K]	n [K/s]	∆n [K/s]	T∆ [°K]	∆T∆ [°K]	d1 [mm]	∆d1 [mm]	2r1 [mm]	∆2r1 [mm]	d [mm]	∆d [mm]	2r [mm]	∆2r [mm]	k [J/msK]	∆k [J/msK]	∆k/k [%]
621,5	0,5	390	5	0,023	0,00112	11,8	0,1	1,34	0,01	73,2	0,05	20	0,05	68,7	0,05	1,11	0,01	0,9
																							1,36		69,45		20,05		68,85
																							1,38		69,3		19,95		68,9
																							1,22		69,4		20		68,75
																							1,24		68,8		19,95		68,7
																							1,32		69		20		68,8
																							1,34		69,2		20		68,85
																							1,20		69,4		20,05		68,8
																							1,38		69,25		20		68,9
																							1,34		69,1		20		68,75
Wartości średnie								1,31	0,03	69,61	0,45	20	0,06	68,8	0,07

Wzory wykorzystane w obliczeniach

Współczynnik przewodności cieplnej

gdzie:

m - masa odbiornika ciepła ( 621,5 +- 0,5 [g])

c - ciepło właściwe materiału, z którego jest wykonany odbiornik ciepła - mosiądzu

(390 +- 5 [J/kg*K])

n - szybkość stygnięcia odbiornika ciepła

T_{∆ -} różnica temperatur w stanie równowagi cieplnej układu

Błąd współczynnika k

Współczynnik lepkości

[Ns/m²]

r - promień kulki

g - przyśpieszenie ziemskie (9,81 [m/s²])

t - czas spadania kulki

ρ_k - gęstość kulki

ρ_c - gęstość cieczy

h - droga przebyta przez kulkę

Wnioski

Współczynnik przewodnictwa cieplnego badanego izolatora wynosi 1,11 [J/msK]. Jest on obarczony stosunkowo małym błędem ponieważ większość danych potrzebnych do jego obliczenia są to wartości stałe podane w zadaniu. Wielkości takie jak średnica i promień zostały zmierzone za pomocą bardzo dokładnych przyrządów: śruby mikrometrycznej i suwmiarki. Większy wpływ na błąd może tu mieć jedynie błąd pomiaru różnicy temperatur, oraz błąd współczynnika n.

Na błąd współczynnika n ma już wpływ więcej czynników. Najważniejszym z nich jest niedokładność odczytu pomiarów (temperatura często wahała się w czasie odczytu). Mniejszy wpływ na błąd ma niedokładność urządzeń pomiarowych.

Wykres ukazujący szybkość stygnięcia płytek jest w przybliżeniu wykresem liniowym, co oznacza jednakową szybkość oddawania temperatury.

∆T = 0,1 [°C]

∆t = 1 [s]

---