LABORATORIUM TERMODYNAMIKI OPIS WYKONYWANIA ZADAŃ

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "LABORATORIUM TERMODYNAMIKI OPIS WYKONYWANIA ZADAŃ"

Irena Olszewska
8 lat temu
Przeglądów:

1 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 Poir dyfuzyjności cieplnej eodą chwilowego źródł ciepł. OPIS WYKONYWANIA ZADAŃ Cele ćwiczeni je wyznczenie eodą chwilowego źródł ciepł dyfuzyjności cieplnej wybrnych eriłów izolcyjnych. Meod pozwl również n wyznczenie przewodności cieplnej orz przy znnej gęości bdnego eriłu ciepł włściwego c p. WSĘP Dyfuzyjność ciepln [ ] je zdefiniown jko c p gdzie [WK] je przewodnością cieplną [kg 3 ] ozncz gęość eriłową c p [JkgK] je ciepłe włściwy przy ły ciśnieniu. Wzór wynik z równni nieulonego przewodzeni ciepł zpinego dl nieruchoego cił łego o łej przewodności cieplnej c p div grd ide div grd c Dyfuzyjność ciepln chrkeryzuje zdolność cił do wyrównywni eperury jeśli zoło ono poddne chwiloweu zburzeniu cieplneu. Przewodność ciepln określ zdolność cił do przewodzeni ciepł w wrunkch ulonej wyiny ciepł. k więc dyfuzyjność ciepln zwn eż wpółczynnikie wyrównywni eperury je odpowiednikie przewodności cieplnej cił w wrunkch nieulonej wyiny ciepł.. FIZYCZNE PODSAWY PRZEWODZENIA CIEPŁA W CIAŁACH SAŁYCH. Przewodzeni ciepł w ciłch łych iejce ylko wedy gdy eperur rozprywnego cił nie je wyrównn. Wówcz zgodnie z prwe Fourier w pierwzy przybliżeniu gęość przewodzonego ruieni ciepł je proporcjonln do grdienu eperury w kierunku proopdły do powierzchni izoericznej co zpiujey gdzie wpółczynnik proporcjonlności zwny wpółczynnikie przewodzeni ciepł bądź przewodnością cieplną o wyirze [WK] i zkreie od przykłdowo 8 WK dl węglik ynu ż do około 43 WK dl czyego rebr określ zdolność cił do przewodzeni ciepł w wrunkch ulonej wyiny ciepł. W przypdku ceriki lenkowej KALOCER o gęości = 36 kg 3 oownej L - p 3

2 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 w urządzenich gdzie wyępują ekrelne wrunki ścierne i eperurowe jej przewodność ciepln zwier ię w grnicch od 4 WK do około WK. Przewodzenie ciepł w ciłch łych nie zchodzi w en poób że energi wyprowdzon z jednej części cił przeiezcz ię prooliniowo do innej części ego cił bo wówcz ruień przewodzonego ciepł uiłby zleżeć ylko od różnicy eperury iędzy jego końci i o bez względu n długość rozprywnego cił. Skoro zś ruień ciepł zleży od grdienu eperury więc nośniki energii dyfundują przez o ciło ulegjąc po drodze liczny zderzenio o chrkerze przypdkowy o ozncz że proce przewodzeni ciepł chrker ochyczny. Przewodzenie ciepł w elch je powodowne głównie ruche wobodnych elekronów w zncznie niejzy opniu drgnii ieci krylicznej wokół położeni równowgi kórych kwny energii nzywy fononi. W y przypdku przewodność cieplną ożn rkowć jko ddyywną uę jej kłdowej elekronowej e orz fononowej f e f 4 Przewodność ciepln czyych eli zleży głównie od echnologii ich orzyywni jk dużo znjduje ię znieczyzczeń orz od obróbki ericznej decydującej o rukurze elu. Zleżność przewodności cieplnej od eperury w przypdku eli orz ich opów dn je w poci ogólnej [] e f F 5 B C D E Zleżność 5 uwzględni wyniki bdń ekperyenlnych orz bdń eoreycznych ej grupy cił przy czy drugi nwi powyżzego wyrżeni doyczy fononowej kłdowej przewodności cieplnej i uwzględni ogrniczeni drogi wobodnej fononów w wyniku rozprzni ich przez fonony elekrony defeky ieci krylicznej i doiezki. W przypdku półprzewodników o brdzo dużej oporności elekrycznej i dielekryków ich przewodność ciepln je zdoinown przez echniz fononowy gdzie przyjuje ię że fonony zderzją ię k jk cząeczki gzu dokonłego i wówcz zoownie eleenrn eori kineyczn n podwie kórej uzykuje ię f c v wl 3 6 gdzie l je średnią drogą wobodną fononu w ozncz prędkość fononów czyli loklną prędkość dźwięku c v je ciepłe włściwy przy łej objęości ozncz gęość eriłową. Przykłdowo dl kwrcu uiezczonego równolegle do oi opycznej znjdującego ię w eperurze 735 K po do wzoru 6 nępujących wrości liczbowych [] L -

3 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 c v = [J 3 K] = 6 [J 3 K] w = 5 3 l = 4 Å orzyujey 6 3 W 5 4 f K Uzykn wrość liczbow przewodności cieplnej kwrcu w eperurze 735 K je zgodn z wyniki prcy ziezczonyi w [3] 3. OPIS MEODY ODWRONEJ WYZNACZANIA PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ DYFUZYJNOŚCI CIEPLNEJ I OBJĘOŚCIOWEJ POJEMNOŚCI CIEPLNEJ Przewodność ciepln częo je wyznczn eodą nu ulonego w oprciu o pr płyowy Poengen bądź jego odyfikcje. Zdniczą wdą ej eody je ounkowo długi cz wynozący kilk godzin niezbędny do zpewnieni wrunków ulonej wyiny ciepł w bdnej próbce. W proponownej eodzie nleżącej do grupy eod znnych w lierurze pod nzwą "pule ehod" proble poiru dyfuzyjności cieplnej prowdz ię do wyworzeni chwilowego źródł ciepł n powierzchni próbki i rejercji w czie zin ndwyżki eperury n jej ylnej powierzchni. W y celu przyjuje ię odel nieulonego przewodzeni ciepł w ośrodku pół-niekończony poci: 8 8b 8c li li gdzie [] ozncz peudo-funkcję del Dirc [J ] ozncz gęość powierzchniową energii ipulu cieplnego. Do rozwiązni probleu począkowo-brzegowego 8 njwygodniej je zoowć przekzłcenie cłkowe Lplce' ze względu n pół-niekończoność rozprywnego obzru. Pięjąc że L 8d 9 L - 3

4 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 L - 4 L L d d L d d L ] [ ] [ 9b orzyujey d d b d d c li li d Rozwiąznie ogólne równni poć ep ep C C z kórego widć że ł C = ze względu n wrunek d. Słą C ożey wyznczyć korzyjąc z wrunku brzegowego c co w rezulcie dje C C ep kąd orzyujey rozwiąznie w dziedzinie obrzu poci ep 3 Aby przejść do poci rozwiązni w dziedzinie oryginłu funkcji nleży wykonć odwrone przekzłcenie Lplce'. Korzyjąc z blicy przekzłceń Lplce' ziezczonej w [] znjdujey A A A L 4 ep ep 4 Po wykonniu podwieni A = - w 4 uzykujey zukne rozwiąznie 4 ep 5 Jeżeli poir eperury odbyw ię n powierzchni próbki powiedzy wlcowej o grubości h n jej ylnej powierzchni w jej oi yerii o odelow odpowiedź ericzn ukłdu n wyuzenie ipulowe poć: h h 4 ep 6

5 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 Funkcj h zdefiniown w 6 powinn przyjowć kiu dl pewnego czu = poniewż po począkowy wzroście eperury próbki wynikjący z dorczeni do niej ciepł ui nąpić pdek jej wrości wynikjący z zchodzeni proceu dochodzeni ukłdu do nu równowgi z ooczenie chłodzenie. Przyrównując pierwzą pochodną funkcji 6 do zer orzyujey po proych przekzłcenich wrunek h 4 7 kąd ożn wyznczyć nieznną dyfuzyjność cieplną eriłu próbki jko Po podwieniu erz 7b do 6 i przyjęciu oznczeni dojey pozukiwną przewodność cieplną w poci h 7b h 8 h 9 ep Mjąc wyznczoną przewodność cieplną - 9 i dyfuzyjność cieplną -7b ożn erz wyznczyć objęościową pojeność cieplną c p korzyjąc ze związku = c p co w rezulcie dje c p ep h Uwg we wzorch 9- gęość powierzchniową energii ipulu nleży przyjąć równą gdzie A= g 4 U I A 4. OPIS ZASOSOWANEGO DO BADAŃ UKŁADU POMIAROWEGO Sche ukłdu poirowego przedwi Ry.. So poirowy kłd ię z dwóch idenycznych próbek w kzłcie wlc o średnicy = i grubości h = położonych yerycznie po obu ronch grzejnik cienkowrwowego KHR 8firy OMEGA o grubości h g = i efekywnej średnicy g = 9. Bdne próbki obłożone ą wrwą izolcji pełniącej zrze rolę dociku w celu zpewnieni lepzego konku cieplnego poiędzy powierzchnią próbki i grzejnik. Poir L - 5

6 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 eperury n powierzchni ylnej próbki dokonywny je z poocą eroeleenu płzczowego ypu K chroel-luel NiCr-NiAl o średnicy zewnęrznej płzcz = 5 poprowdzony w cienki rowku o grubości 5 wzdłuż średnicy przy czy gorąc poin znjduje ię w oi yerii próbki. Grzejnik KHR zilny je prąde ły o zdny npięciu U i czie rwni ze erownego z poocą kopuer PC zilcz PPS 7. Npięcie eroelekryczne pochodzące od eroeleenu ypu K kórego zine końce znjdują ię w eroie zwierjący wodę będącą w równowdze erodynicznej z lode o eperurze C je ierzone uoycznie z poocą ulieru Keihley erownego z kopuer poprzez krę GPiB. Wyniki poiru zpiywne ą n dyku kopuer w zbiorze o zdnej przez użykownik nzwie. Ry.. Sche ukłdu poirowego. 5. PRZEBIEG ĆWICZENIA. Ulić grubość próbki h []. Uruchoić progr h.ee znjdujący ię w D:\JANUSZ_Z\h.ee 3. Wprowdzić nępujące dne erujące: - PODAJ LICZBE KANALOW wprowdź L - 6

7 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 - PODAJ LICZBE POMIAROW NA KANAL wprowdź - LICZBA CYKLI POMIAROWYCH wprowdź 63 - LICZBA CYKLI NA ROZRUCH GRZEJNIKOW podj 3 - LICZBA CYKLI NA GRZANIE wprowdź 5 - INERWAL CZASOWY wprowdź - NAPIECIE NA LEWYM ZASILACZU wprowdź - NAPIECIE NA PRAWYM ZASILACZU wprowdź - PODAJ NAZWE PLIKU DO ZAPISU wprowdź PMM - JEŚLI DOBRZE NACISNIJ E N E R 4. Zpić zbiór wyników n dykiece 44 MB nępnie przenieść go n drugi kopuer n kóry będzie dokonywn dlz jego obróbk. 5. Sporządzić wykre w ukłdzie cz [] - eperur h [ C] z kórego nleży odczyć cz po jki pojwił ię kyln ndwyżk eperury n ylnej powierzchni próbki i jej wrość w [ C]. Uwg! Cz ierzyy od oenu włączeni grzejnik cienkowrwowego KHR. 6. Korzyjąc ze wzorów 7b 9 i wyznczyć odpowiednio: - dyfuzyjność cieplną [ ] - 7b - przewodność cieplną [WK] 9 - ciepło włściwe c p [JkgK] wiedząc że gęość eriłu bdnej próbki wynoi = 8 [kg 3 ] Ry.. Przykłdowy przebieg eperury h n ylnej powierzchni próbki uzykny dl prerów U = 4 [V] I = 86 [A] = 8 [] h = 4 [] L - 7

8 LABORAORIUM ERMODYNAMIKI J. Zywczyk P. Koniorczyk ĆWICZENIE NR -6 L I E R A U R A [] Wiśniewki S.: Wyin ciepł PWN Wrzw 979. [] Kiel C.: Węp do fizyki cił łego PWN Wrzw 97. [3] Yoon Y. Cr R. Sroloviz D.J. Scndolo S.: herl conduciviy of crylline urz fro clicl iulion PHYSICAL REVIEW B L - 8

Podobne dokumenty

ZADANIA Układy nieliniowe. s 2

ZADANIA Układy nieliniowe. s 2 Przykłd Okrślić punky równowgi podngo ukłdu ZDNI Ukłdy niliniow u f(,5 y Ry. Część niliniow j okrślon z poocą funkcji: f ( Zkłdy, ż wyuzni j zrow: u. Punky równowgi odpowidją yucji, gdy pochodn części