ĆWICZENIE 28 PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA IZOLATORÓW

ĆWICZENIE 28
PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA IZOLATORÓW
Przewodność cieplna ciał stałych polega na tym, że atomy ciała stałego przekazują sobie
wzajemnie drgania termiczne. Dużą przewodnością cieplną wykazują się metale, które posiadają
regularną budowę atomową. Dodatkowy duży wkład w przewodność metali dają swobodne
elektrony, które mogą przemieszczać się po całej jego objętości. W izolatorach o nieregularnej
strukturze atomowej, bez swobodnych elektronów, przewodność cieplna jest znacznie mniejsza.
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przewodności cieplnej izolatorów. Używa się tym celu
przyrządu składającego się z grzejnika i chłodnicy, rozdzielonych badanym izolatorem o grubości d
i średnicy D. Podczas przepływu ciepła ustala się różnica temperatur ΔT pomiędzy grzejnikiem a
chłodnicą. Przewodność cieplna izolatora k jest odwrotnie proporcjonalna do ΔT :
k=
Cnd
,
2
2π D Δ T
gdzie; C = 268 ± 6 J/K jest pojemnością cieplną chłodnicy, n jest szybkością jej stygnięcia.
Zadania pomiarowe:
1/ Ustawić temperaturę grzejnika wskazaną przez prowadzącego (70o C – 90o C).
3/ Pomiędzy grzejnik a chłodnicę włożyć izolator wskazany przez prowadzącego i mierzyć
różnicę temperatur, aż do ustalenia się jej wartości, która zapisać jako ΔT.
4/ Wyjąć izolator, położyć chłodnicę na grzejnik i podgrzać ją tak aby uzyskać minimalną wartość
różnicy temperatur ΔTmin między grzejnikiem a chłodnicą.
5/ Odstawić chłodnicę na podstawkę z leżącym na niej izolatorem i rejestrować różnice temperatur
co np. 30 sekund aż do wskazania o kilka stopni większego od ΔT z punktu 3.
Opracowanie wyników:
1/ Obliczyć szybkość stygnięcia.
Wykreślić zależność różnicy temperatur od czasu na podstawie danych z punktu 5, na osi Y
odznaczyć różnice temperatur na osi X czas. Szybkość stygnięcia jest nachyleniem prostej
aproksymującej dane. Obliczyć nachylenie n i jego niepewność u(n). Zastosować regresję
liniową metodą najmniejszych kwadratów.
2/ Obliczyć przewodność cieplną k z wzoru podanego wyżej we wstępie.
3/ Obliczyć niepewność przewodności cieplnej ze wzoru :
u(k) = k { (ΔTmin /ΔT)2 + (ΔC/C)2 + (u(n)/n)2 }1/2.
Ćwiczenie 28
Nazwisko i Imię …................................................................................... data....................................
Pojemność cieplna chłodnicy: C = 268 ± 6 J/K
Różnica temperatur w stanie ustalonym
d
mm
D
mm
ΔT
K
ΔTmin
K
Stygnięcie chłodnicy
Nr pomiaru
t
T
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
18
19
20
21
22
23
24
s
o
C
Stygnięcie chłodnicy (cd.)
Nr pomiaru
t
T
9
s
o
C
Stygnięcie chłodnicy (cd.)
Nr pomiaru
t
T
17
s
o
C
n = …................................. , u(n) = …..........................................
k = ….................................... , u(k) = …..........................................
Wnioski...................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................
Wykres i obliczenia przykładowe w załączeniu.