1. CEL ĆWICZENIA :

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zdolności emisyjnej powierzchni grzejnika metodą porównawczą.

2. WPROWADZENIE :

Wymiana ciepła przez promieniowania, w ujęciu fenomenologicznym, opiera się na przekształceniu energii wewnętrznej w energię fal elektromagnetycznych promieniowania termicznego. Fale te przedostają się przez ośrodek przezroczysty do drugiego ciała, gdzie ponownie zamienia ją się w energię wewnętrzną.

Powyższe zagadnienie rozpatrywane w ujęciu statystycznym sprowadza promieniowanie do przenoszenia energii za pomocą fotonów, które opuszczają jedne atomy i zostają pochłonięte przez inne.

Promieniowanie każdego ciała składa się z emisji własnej i odbitej.

Dla każdego ciała możemy zapisać:

gdzie :

e - gęstość strumienia emisji

E - strumień emisji

A - powierzchnia emitująca

Zdolność emisyjną ε zapisujemy:

gdzie :

e- emisyjność ciała doskonale czarnego definiowana na podstawie prawa Stefana-Boltzmanna w następujący sposób:

gdzie :

C- stała promieniowania

T- temperatura

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA:

Podczas ćwiczenia dokonano pomiarów wskazań z 9 termopar (po trzy na jeden odcinek rury), na stanowisku jak na rysunku 1. Wyniki pomiarów 1 (przy mocy 22,5W) i 2 (przy mocy 36W) umieszczono w tabelach 1 i 2.

Rysunek 1. Schemat stanowiska pomiarowego (1-rura grzejna, 2-termopary, 3-zimne końce termopar,4-rejstrator, 5-watomierz, 6-autotransformator).

Tabela 1:

	ΔE, mV
Δt,min	1	2	3	5	6	7	9	10	11
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	0,45	0,45	0,45	0,75	0,75	0,75	0,4	0,4	0,4
4	0,71	0,71	0,83	1,05	1,05	1,05	0,72	0,72	0,71
6	0,95	0,95	1,05	1,32	1,32	1,32	0,85	0,85	0,85
7	1,01	0,97	1,1	1,41	1,41	1,39	0,9	0,9	0,87
8	1,05	1,03	1,14	1,45	1,45	1,41	0,95	0,94	0,89
9	1,07	1,04	1,15	1,49	1,49	1,49	0,95	0,95	0,91
10	1,09	1,06	1,19	1,52	1,52	1,51	0,95	0,95	0,91

Tabela 2:

	ΔE, mV
Δt,min	1	2	3	5	6	7	9	10	11
2	1,25	1,25	1,39	1,83	1,83	1,80	1,20	1,20	1,13
4	1,55	1,48	1,66	2,18	2,16	2,06	1,38	1,38	1,32
5	1,64	1,53	1,74	2,29	2,29	2,20	1,44	1,44	1,36
6	1,65	1,60	1,80	2,32	2,32	2,28	1,46	1,46	1,36
7	1,69	1,60	1,81	2,37	2,37	2,34	1,46	1,46	1,38
8	1,71	1,66	1,84	2,33	2,29	2,29	1,46	1,47	1,39
9	1,70	1,64	1,85	2,38	2,38	2,31	1,49	1,49	1,39
10	1,74	1,63	1,88	2,39	2,39	2,29	1,48	1,48	1,36

Odczytano również temperaturę otoczenia

POMIAR 1:

Następnie wyznaczamy różnic temperatury średniej termopar i otoczenia

Następnie temperaturę bezwzględną termopar i temperaturę ścian pomieszczenia:

Strumień ciepła dostarczony do każdego odcinka rury można zapisać:

F- pole powierzchni zewnętrznej odcinka rury

1. stały współczynnik proporcjonalności

n- wykładnik zależny od liczb kryterialnych (n=25)

gdyż:

stąd:

Ponieważ każdy odcinek rury został zaopatrzony w taką samą ilość ciepła otrzymujemy układ równań:

Po podstawieniu wartości otrzymujemy:

Z drugiego równania wyznaczono stałą proporcjonalności A=0,9 W/(m K ). Równanie pierwsze natomiast przyjmuje postać:

POMIAR 2:

Następnie wyznaczamy różnic temperatury średniej termopar i otoczenia

Następnie temperaturę bezwzględną termopar i temperaturę ścian pomieszczenia:

Strumień ciepła dostarczony do każdego odcinka rury można zapisać:

Ponieważ każdy odcinek rury został zaopatrzony w taką samą ilość ciepła otrzymujemy układ równań:

Po podstawieniu wartości otrzymujemy:

Z drugiego równania wyznaczono stałą proporcjonalności A=2,81 W/(m K ). Równanie pierwsze natomiast przyjmuje postać:

Znając stałą A dla obydwu pomiarów wyznaczono współczynnik wnikania ciepła dla konwekcji swobodnej:

Wyniki umieszczono w tabeli 3.

	Współ. wnikania ciepła, W/(m. K)
i	POMIAR 1	POMIAR 2
1	6,05	6,85
2	6,87	7,72
3	6,31	7,18

4. WNIOSKI:

Otrzymana zdolność emisyjna jest porównywalna ze zdolnością emisyjną miedzi zawartej w tablicach.

Zdolność emisyjna przyjmuje zawsze wartości z przedziału od 0 do 1, co oznacza, że żadne ciało rzeczywiste nie posiada gęstości strumienia emisji równej gęstości strumienia emisji ciała doskonale czarnego.

Wartości otrzymane w pomiarach 1 i 2 są w granicach błędu pomiarowego, co dowodzi iż emisyjność jest wielkością niezależną od strumienia dostarczonego ciepła.

---