nr ęwicz |
data |
Piotr Dziadowiec |
Wydzia Elektryczny |
Semestr II |
grupa E3 |
106 |
|
|
|
|
|
prowadzcy |
|
przygotowanie |
wykonanie |
ocena ostatecz. |
|
Dr H.Manikowski |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Wyznaczanie wspóczynnika przewodnictwa cieplnego metali.
Teoria:
Przekazywanie ciepa
Przewodnictwo cieplne polega na przekazywaniu ciepa od pewnego elementu ciaa do elementów ssiednich poprzez przekazywanie energii kinetycznej bezadnego ruchu cieplnego od jednych drobin do drugich w wyniku zderze.
Strumie ciepa
Rozwamy element prta o powierzchni przekroju A i dugoci dx, którego powierzchnie zewntrzne utrzymywane s w staych, ale rónych temperaturach.
Strumie ciepa 
przepywajcy przez przekrój prta okrelamy jako stosunek iloci ciepa do czasu
(1)
Podstawowe prawo przewodnictwa cieplnego mówi, e strumie ciepa jest proporcjonalny do powierzchni przekroju i do rónicy temperatur na odcinku dx
(2); gdzie:
nazywamy wspóczynnikiem przewodnictwa cieplnego, mierzymy go 
;
jest gradientem temperatury.
Wspóczynnik przewodnictwa cieplnego
Jeeli prt ma stay przekrój i jest doskonale izolowany, to
czyli: 
(3)
Z powyszego równania moemy atwo odczyta znaczenie wspóczynnika przewodnictwa cieplnego. Mianowicie, gdy 
jest due, wówczas na utrzymanie staej rónicy temperatur 
trzeba dostarczy duy strumie ciepa. W przeciwnym przypadku przekazywanie ciepa do zimnego koca jest powolne--do podtrzymania rónicy temperatur wystarczy may strumie dostarczanego ciepa.
Rozkad temperatury w prcie izolowanym i nieizolowanym.
Rozkad temperatury wzdu prta otrzymamy cakujc równanie (2) od dowolnego punktu (temp. T) do koca prta (x = l, 
). Wykorzystujc przy tym równanie (3) otrzymujemy
(4)
Równanie (4) opisuje rozkad temperatury wzdu prta tylko wtedy, gdy jest on dobrze izolowany.
Gdy powierzchnia boczna nie jest izolowana cieplnie, strumie przepywajcy przez kolejne powierzchnie jest coraz mniejszy w wyniku ucieczki ciepa do otoczenia. Biorc pod uwag fakt, e strumie ciepa przez ciany boczne jest proporcjonalny do rónicy temperatur midzy danym punktem a otoczeniem (prawo ostygania) mona otrzyma równanie opisujce rozkad temperatury w tym przypadku w postaci:
,
gdzie h jest sta charakteryzujc prt i orodek zewntrzny.
Prawo Wiedemanna-Franza
Prawo Wiedemanna-Franza mówi, e stosunek przewodnictwa cieplnego 
do przewodnictwa elektrycznego 
jest proporcjonalny do temperatury i nie zaley od rodzaju ciaa
.
W celu wyznaczenia wspóczynnika cieplnego metali stosujemy ukad pomiarowy przedstawiony na poniszym rysunku.
Zasada pomiaru
Jeden koniec prta jest umieszczony w grzejniku a drugi w wodzie z lodem. Prt jest izolowany cieplnie od otoczenia, czyli mona skorzysta z równania (3). Do pomiaru temperatury mona uy termometru diodowego. Strumie ciepa pyncy przez prt pochodzi od grzejnika. Jednake nie cakowity strumie (bdcy moc przepywajcego przez niego prdu) zostanie przekazany strumieniowi. Wielko strumienia zaley te od wydajnoci grzejnika:
Pomiary:
rednica prta:
- aluminiowego d=19,94±0,01 [mm]
mosinego d=19,91±0,01 [mm]
przekrój prta:
Wyraa si ogólnym wzorem:
, czyli:
Aal=3,123"10-4 [m2], Am=3,113"10-4 [m2];
Bd obliczamy za pomoc róniczki zupenej:
, czyli:
Aal"0,003"10-4 [m2], Am"0,003"10-4 [m2]; zatem:
Aal=(3,132±0,003)"10-4 [m2], Am=(3,127±0,003)"10-4 [m2]
rozkad temperatur:
odlego midzy punktami pomiarowymi=50 mm+/-2mm
|
45 V, 124 mA |
50 V, 138 mA |
60V, 167 mA |
|||||
x [m] |
aluminium |
mosidz |
aluminium |
mosidz |
aluminium |
mosidz |
||
0 |
19,4 |
17,5 |
20,8 |
19,6 |
23,8 |
22,6 |
||
0,05 |
17,0 |
16,0 |
18,0 |
17,9 |
20,6 |
20,5 |
||
0,1 |
15,1 |
13,3 |
15,9 |
15,0 |
18,1 |
17,3 |
||
0,15 |
12,4 |
11,2 |
13,1 |
12,9 |
15,2 |
14,4 |
||
0,2 |
9,8 |
8,8 |
10,5 |
10,5 |
14,3 |
11,5 |
||
T=0,1[°C] U=1[V] I=0,01[A]
Z powyszego wykresu mona odczyta wspóczynniki kierunkowe prostych utworzonych metod regresji liniowej, które s z definicji równe odpowiednim gradientom temperatur:
|
-47,6 |
-44,4 |
-51 |
-46,4 |
-48,8 |
-56,6 |
strumie ciepa
sprawno grzejnika dla:
- aluminium al=0,52+/-0,01
- mosidzu m=0,24+/-0,01
zatem korzystajc ze wzoru z pkt. 6 otrzymujemy:
[W] |
2,9016 |
1,3392 |
3,58 |
1,656 |
5,2104 |
2,4048 |
bd obliczamy za pomoc rózniczki zupenej:
, i wynosi on odpowiednio:
[W] |
0,298 |
0,137 |
0,331 |
0,153 |
0,398 |
0,184 |
wspóczynnik przewodnictwa cieplnego
Przeksztacajc wzór (2) z pkt. 2 otrzymujemy:
czyli:
[W/(m"K)] |
194,62 |
96,3 |
224,12 |
113,95 |
310,9 |
135,65 |
bd obliczamy za pomoc róniczki zupenej:
, czyli odpowiednio:
[W/(m"K)] |
20,17 |
12,45 |
15,08 |
11,42 |
18,47 |
12,13 |
Uredniajc otrzymujemy:
- dla aluminium =243,2±20,17 = 243±20 [W/(m"K)]
- dla mosidzu =115,3±12 = 115±12 [W/(m"K)]
Wnioski
W dowiadczeniu prty: aluminiowy i mosiny byy izolowane cieplnie od otoczenia (nie wystpowa przepyw ciepa przez powierzchnie boczne), dziki czemu mona byo w obliczeniach bezporednio wykorzysta równanie (2).
Wraz ze wzrostem odlegoci od koca gorcego temperatura zmniejsza si liniowo. Pomiary przeprowadzone zostay dla trzech wartoci napicia. Obliczone wartoci wspóczynników rozszerzalnoci cieplnej dla aluminium i mosidzu porównywalne s z wartociami tablicowymi (aluminium 226 
; mosidz 85 -109 
).
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
106, 106C, Fizyka 106
Wyznaczanie wspĆ³Åczynnika przewodnictwa cieplnego metali, FIZ-106, Fizyka 106
Wyznaczanie wspĆ³Åczynnika przewodnictwa cieplnego metali, FIZ-106, Fizyka 106
106B.DOC, Fizyka 106
mech 106, Studia, OgĆ³lne, Fiyzka, od romka, fizykaa, fizyka - sprawozdania
106, INÅ»YNIERIA ÅRODOWISKA ZUT, sem I, fizyka, Fizyka Laborki
106, 106b, Fizyka 106
106, 106g, Fizyka 106
106, 106i, Fizyka 106
106 02, Fizyka 106
106 01, Fizyka 106
106, Fizyka 106
106 Efektywnosc wykorzystania Nieznany (2)
102 106 SUPLEMENT 53 2id 11668 Nieznany
106
wiÄcej podobnych podstron