ĆWICZENIE NR 28

Pomiar przewodności cieplnej izolatorów

1. Zestaw przyrządów

1. Zasilacz z regulatorem temperatury

2. Urządzenie do pomiaru przewodnictwa cieplnego izolatorów

3. Cyfrowy miernik temperatury

4. Termopara

5. Zestaw izolatorów

6. Suwmiarka

7. Śruba mikrometryczna

8. Stoper

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z zagadnieniami dotyczącymi mechanizmu przenoszenia ciepła, metodą pomiaru przewodności cieplnej izolatorów oraz nabycie umiejętności wyznaczania jego współczynnika.

3. Opis układu pomiarowego

Rys.1. Układ pomiarowy

1) wyświetlacz rzeczywistej temperatury czujnika

2) wyświetlacz nastawionej temperatury

3) wskaźnik grzania

4) regulacja temperatury w górę

5) regulacja temperatury w dół

6) sekcja SET 1

7) izolator

Urządzenie do pomiaru współczynnika przewodności cieplnej składa się z dwóch części: źródła ciepła P1 ogrzewanego elektrycznie do temperatury 70 oC i odbiornika ciepła P2 , którym jest miedziana lub mosiężna płyta. Między źródłem i odbiornikiem ciepła umieszcza się badany izolator, który ma kształt płaskiego krążka.

Różnica temperatur między powierzchniami górną i dolną izolatora jest mierzona za pomocą termopary, której jedno spojenie umieszczono w górnej części źródła ciepła P1, a drugie w dolnej części odbiornika ciepła P2. Różnica potencjałów, jaka wytworzy się między dwoma spojeniami termopary jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur między nimi. Tę różnicę temperatur wskazuje cyfrowy miernik temperatury.

4. Przebieg pomiarów:

1. Dziesięciokrotnie zmierzenie grubości d i średnicy 2r odbiornika ciepła P₂ oraz średnicy 2r₁ badanego izolatora przy pomocy suwmiarki oraz grubości izolatora d₁ przy pomocy śruby mikrometrycznej.

Tab.1. Wyniki pomiarów grubości i średnicy odbiornika ciepła i izolatora

Numer pomiaru	d [mm]	2r [mm]	d1 [mm]	2r1 [mm]
1.	20.00	79.30	2.16	79.70
2.	20.70	80.00	2.12	79.65
3.	19.75	78.80	2.14	79.80
4.	19.95	79.90	2.12	79.90
5.	19.80	79.90	2.14	79.80
6.	19.65	78.30	2.13	79.90
7.	19.95	79.85	2.11	79.90
8.	20.10	79.90	2.14	79.90
9.	19.90	79.95	2.12	79.85
10.	20.10	80.10	2.11	79.85
Wartości średnie:	19.99	79.6	2.13	79.83
	0.01999 m	0.0796 m	0.00213 m	0.07983 m

d- grubość odbiornika

2r-średnica odbiornika

d₁-grubość izolatora

2r₁-średnica izolatora

Obliczenie średnich wartości dla d, d₁, 2r, 2r₁ za pomocą wzoru na wartość średnią

Obliczenie przybliżenia odchylenia standardowego według wzoru:

Tab.2. Wyniki odchylenia:

Δd	0.09 [mm] = 0.00009 [m]
Δr	0.09 [mm] = 0.00009 [m]
Δd1	0.005 [mm] = 0.000005 [m]
Δr1	0.04 [mm] = 0.00004 [m]

2. Za pomocą odbiornika ciepła P₁, źródła ciepła P₂, termopary i izolatora odczytujemy różnicę T_Δ odpowiadającą stanowi równowagi cieplnej.

Tab.3.

m [kg]	Δm [kg]	c	Δc	n	Δn	TΔ [K]
0.8305	0.005	390	5	0.018	0.005	2

3. Wyznaczenie szybkości stygnięcia - n:

Wykres zależności wskazań miernika różnicy temperatur od czasu:

4. Obliczenie współczynnika przewodności cieplnej k według wzoru:

Gdzie:

n - szybkość stygnięcia odbiornika ciepła [K/s]

d₁, r₁ - grubość i promień płytki badanego izolatora [m]

d, r - grubość i promień odbiornika ciepła [m]

T_Δ - różnica temperatur w stanie równowagi cieplnej układu [K]

m_c - masa odbiornika ciepła [kg]

c_i - ciepło właściwe mosiądzu wynoszące 390±5 [J/kg·K]

Niepewność k metodą pochodnej logarytmicznej:

Δk= 0.26

5. Wnioski

Ważną rolę w wyznaczeniu współczynnika przewodności cieplnej izolatora odgrywa szybkość stygnięcia n.. Współczynnik obarczony jest błędem pomiarowym wynoszącym 0,32 %, na co miał wpływ błąd związany z ciepłem właściwym mosiądzu i właśnie szybkość stygnięcia n.

4

---