Ćw. 27 Pomiar przewodności cieplnej metali
1. Wstęp teoretyczny
Pomiędzy ciałami ogrzanymi do różnych temperatur zachodzi wymiana ciepła, czyli transport energii. Ciało o wyższej temperaturze traci ciepło, a ciało o niższej temperaturze je zyskuje. Wymiana ta trwa tak długo, dopóki temperatury obu ciał nie zrównają się. Znamy trzy sposoby wymiany (przenoszenia) ciepła:
a) przez prądy konwekcyjne (unoszenie ciepła),
b) przez promieniowanie,
c) przez przewodzenie.
Przewodnictwo cieplne polega na przekazywaniu energii pomiędzy częściami ciała, których temperatury są różne. Z tym zjawiskiem mamy do czynienia wówczas, gdy wydzieloną część ciała podgrzejemy. Po pewnym czasie dzięki przekazywaniu energii, temperatura całego ciała wyrówna się. Wielkością przenoszoną jest energia wewnętrzna ciała, a zjawisko zachodzi dzięki temu, że w tym ciele występuje gradient temperatury. Współczynnik przewodnictwa ciepła, (k lub λ), określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej.
, dla duraluminium wynosi= 160,5 W/m×K
Ciepło właściwe - energia podnosząca temperaturę ciała o jednostkowej masie o jednostkę temperatury.
, które dla duraluminium wynosi 880 J/(kg*K)3. Przebieg ćwiczenia
Różnica temperatur między końcami pręta w zależności od czasu:
20,1
1420
20,2
1440
20,3
1460
20,3
1480
20,4
1500
20,4
1520
20,5
1540
20,5
1560
20,6
1580
20,6
1600
20,7
1620
20,7
1640
20,8
1660
20,8
1680
20,9
1700
20,9
1720
20,9
1740
21
1760
21
1780
21,1
1800
21,1
1820
21,1
1840
21,2
1860
21,2
1880
21,3
1900
21,3
1920
21,3
1940
21,4
1960
21,4
1980
21,4
2000
21,5
2020
21,5
2040
21,5
2060
21,6
2080
21,6
2100
(…)
…
I = 5,8A
masa pręta: 196,7g4. Opracowanie wyników pomiaru
Równanie prostej aproksymacyjnej: y = -0,001x-0,441
gdy y = -1, x= 559s - cieplna stała czasowa
Obliczenie współczynnika przewodnictwa cieplnego K za pomocą wzoru:
gdzie:
P = U ∙ I
U = 7,5 V
I = 5,8 A
l - długość pręta = 260,08*10-3m
S = π R2 R = 9,32*10-3m
ΔT = 23,5 ̊ C = 296,5K
139,83 W/mK
ΔU = ±0,1V
ΔI = ±0,1A
Δl - ±0,01m
ΔR = ±0,02m
Niepewność z pochodnej cząstkowej:
ΔK = ±0,71 W/mK (ΔK/K)*100% = 0,51%
Obliczenie ciepła właściwego badanego materiału korzystając z następującego wzoru:
gdzie:
ρ - gęstość materiału pręta obliczona ze wzoru ρ=m/V = 2770,4 kg/m3 m - masa próbki = 196,7g
V - objętość pręta = π*R2*l =7,10*10-5m3 τc - „cieplna” stała czasowa = 559s
Δm = ±1g
Δ τc= ± 0,02s
= 929,16 J/(kg*K)
Δcw = 0,58 J/(kg*K)
5. Wyniki końcowe
K = (139,83…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)