|
Laboratorium podstaw fizyki |
Ćwiczenia nr 28 Temat: pomiar przewodności cieplnej izolatorów. |
|
|
Joanna Dużyk 162718 wydz. chemiczny, rok I, gr. 3 |
Pt. 11:15 |
Ocena |
|
23.05.2008 |
|
|
Zestaw przyrządów:
urządzenie do pomiaru przewodnictwa cieplnego izolatorów,
zasilacz z regulatorem temperatury,
cyfrowy miernik temperatury,
termopara,
zestaw izolatorów,
suwmiarka,
śruba mikrometryczna,
stoper.
2. Cel ćwiczenia;
Wyznaczanie przewodności cieplnej izolatora.
3. Opis układu pomiarowego:
Urządzenie do pomiaru przewodności cieplnej składa się z dwóch części: źródła ciepła P1 ogrzewanego elektrycznie do temperatury 70°C i odbiornika ciepła P2, którym jest miedziana, bądź mosiężna płyta. Między źródłem a odbiornikiem umieszcza się badany izolator, który ma kształt płaskiego krążka.
Różnica temperatur między powierzchnią 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. Wzory:
szybkość stygnięcia n odbiornika ciepła, na podstawie wykresu zależności róznicy temperatur T od czasu t.
gdzie
Tk i
tk
oraz Tp
i tp
oznaczają wartości współrzędnych punktów końcowego i
początkowego
prostoliniowej części wykresu.
Współczynnik przewodności cieplnej:
gdzie mi
– masa odbiornika ciepła (690,5±0,5)g
ci- ciepło właściwe materiału, z którego wykonany jest odbiornik ciepła (ciepło właściwe miedzi miedzi 385±1 J/kg*K),
n – szybkość stygnięcia odbiornika
ciepła,
d1, r1 – grubość i promień płytki badanego izolatora,
d, r – grubość i promień odbiornika ciepła,
TΔ – różnica temperatur w stanie równowagi cieplnej układu.
5. Tabele pomiarowe:
|
m. kg |
Δm kg |
c. J/kg*K |
Δc J/kg*K |
n. K/s |
Δn K/s |
TΔ K |
ΔTΔ K |
d.1 mm |
Δd1 mm |
2r1 mm |
Δ2r1 mm |
d. mm |
Δd mm |
2r mm |
Δ2r mm |
k. |
Δk J/m*s*K |
|
0,691 |
0,0005 |
385 |
1 |
1,54 |
0,023 |
4,4 |
0,1 |
2,70 |
0,13 |
69,30 |
0 |
20,00 |
0,5 |
69,30 |
0,3 |
0,162 |
0,005 |
|
2,50 |
0,07 |
69,40 |
0,1 |
21,00 |
0,5 |
69,60 |
0 |
||||||||||
|
2,40 |
0,17 |
69,60 |
0,3 |
20,00 |
0,5 |
69,60 |
0 |
||||||||||
|
2,60 |
0,03 |
69,20 |
0,1 |
20,50 |
0 |
70,00 |
0,4 |
||||||||||
|
2,60 |
0,03 |
69,30 |
0 |
19,90 |
0,6 |
70,50 |
0,9 |
||||||||||
|
2,50 |
0,07 |
69,40 |
0,1 |
20,00 |
0,5 |
69,80 |
0,2 |
||||||||||
|
2,60 |
0,03 |
69,20 |
0,1 |
21,00 |
0,5 |
69,40 |
0,2 |
||||||||||
|
2,60 |
0,03 |
69,30 |
0 |
21,00 |
0,5 |
69,00 |
0,6 |
||||||||||
|
2,70 |
0,13 |
69,30 |
0 |
21,50 |
1,5 |
69,40 |
0,2 |
||||||||||
|
2,50 |
0,07 |
69,40 |
0,1 |
20,00 |
0,5 |
69,60 |
0 |
||||||||||
|
WARTOŚCI ŚREDNIE |
2,57 |
0,08 |
69,30 |
0,1 |
20,50 |
0,5 |
69,60 |
0,3 |
|
||||||||
WYKRES ZALEŻNOŚCI WSKAZAŃ MIERNIKA RÓŻNICY TEMPERATUR OD CZASU t:
PRZYKŁADOWE OBLICZENIA:
dla prostoliniowej części wykresu: tp=92s, tk=279s, Tp = 4,4°C=277,4K, Tk = 8,8°C = 281,8K
TΔ = 4,4°C=277,4K
n = 277,4/ 279 – 92 = 1,54K/s
Δn/n = ΔdT/dT + Δdt/dt = 0,1/4,4 + 0,1/ 182 = 0,022+0,001+0,023K/s
k=0,6905*385*1,54*(20,57*10-3)(34,8*10-3+ 2*0,0205*10-3) / 6,28*34,652* 4,4(34,8*10-3+20,5*10-3)= 1,62*10-1=0,162[J/m*s*K]
Δk/k=Δc/c + Δm/m + Δn/n + Δd1/d1 + Δr1/r1 + ΔT/T + [dΔr + rΔd/(r+d)(r+2d)] = 0,003+0,001+0,2+0,004+0,001+0,05+ (20,57*10-3 * 0,15*10-3 + 34,7*10-3 * 0,5*10-3/(34,8*10-3+20,5*10-3)(34,8*10-3+41*10-3)=0,005
Δk=0,179
6. Wnioski:
Wzór na obliczenie współczynnika przewodności cieplnej jest pewnym
przybliżeniem. Na błąd wpływają dodatkowe wypromieniowanie ciepła z
brzegów badanej płytki,występowanie prądów konwekcyjnych, które dają
różnice w stygnięciu górnej i dolnej powierzchni płytki odbiornika.
Założenia proporcjonalności wypromieniowanego ciepła do wielkości jest
również przybliżeniem.