1η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΙΣΘΗΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Transcript

1 1η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΙΣΘΗΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

2 ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Δισολή (θερμική δισολή σερεών-υγρών-ερίων) Ηλεκρική νίσση (εξάρησή ης πό θερμοκρσί) Θερμοηλεκρικό φινόμενο (Φινόμεν Seebeck-Peltier-Thomson) Ακινοβολί (Νόμος Stefan-Boltzmann) Ακουσική (εξάρηση χύης ήχου σον έρ πό η Συνδυσμός φινομένων ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Υδρργυρικό θερμόμερο πλής ένδειξης Μεγισοβάθμιο υδρργυρικό θερμόμερο Ελχισοβάθμιο οινοπνευμικό θερμόμερο Θερμόμερ βάθους εδάφους Διμελλικός θερμογράφος thermistors Θερμόμερ ηλεκρικής νίσσης Θερμόμερ θερμοζεύγους (εξάρηση εκπομπής πό θερμοκρσί) θερμοκρσί) διμελλικό θερμόμερο

3 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Μεεωρολογικός κλωβός Θερμόμερο θερμοζεύγους Αυόμος Μεεωρολογικός Σθμός

4 ΑΙΤΙΕΣ ΛΑΘΟΥΣ ΣΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Κύρι ιί λάθους: ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΔΡΑΝΕΙΑ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ προκλεί χρονική κθυσέρηση πό η σιγμή εισγωγής ου θερμομερικού σοιχείου σο θερμομερούμενο σώμ μέχρι η σιγμή ποκάσσης θερμικής ισορροπίς μεξύ ου σοιχείου κι ου σώμος Άλλη ιί λάθους: έκθεση σην ηλική κινοβολί Γι ροή θερμόης διμέσου ης επιφάνεις θερμομερικού σοιχείου: H ω ( T T ) Όπου: Η: ροή ισθηής θερμόης ω: συνελεσής μεφορά θερμόης Τ : θερμοκρσί έρ Τ: θερμοκρσί θερμομερικού σοιχείου σχήμ επιφάνεις σοιχείου ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΑΠΟ θερμική γωγιμόη μέσου που περιβάλλει ο σοιχείο κι μεφέρει ην ενέργει (έρ)

5 ΑΙΤΙΕΣ ΛΑΘΟΥΣ ΣΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Όμως ισχύει: H c ρ V A dt dt dq m c dt c ρ V dt dq dt 1 A c ρ V A dt dt Όπου: c: ειδική θερμό(χωρηικό)η ύλης θερμομερικού σοιχείου ρ: πυκνόη θερμομερικού σοιχείου V: όγκος θερμομερικού σοιχείου A: επιφάνει θερμομερικού σοιχείου H H ω c θερμοκρσί έρ ( T T ) θερμοκρσί σοιχείου ρ T T ( T T ) V A dt dt T 0 e ω A t c ρ V t T ( T0 T ) e όπου: Ηχύη με ην οποί έν θερμομερικό σοιχείο κολουθεί η θερμοκρσί ου περιβάλλονός ου εξράι μόνο πό η σθερά ρχική θερμοκρσί σοιχείου (γι t0) c ρ V ω A σθερά χρόνου

6 (Ε) T t T ( T0 T ) e όπου: c ρ V ω A σθερά χρόνου Ηχύη με ην οποί έν θερμομερικό σοιχείο κολουθεί η θερμοκρσί ου περιβάλλονός ου εξράι μόνον πό η σθερά χρόνου μς δείχνει ην ικνόη προσρμογής ης θερμοκρσίς ου θερμομερικού σοιχείου ση θερμοκρσί περιβάλλονος Γι γρήγορη προσρμογή ης θερμοκρσίς ου σοιχείου (δηλ. γι κλή πρκολούθηση ων μεβολών ης θερμοκρσίς περιβάλλονος) ση θερμοκρσί περιβάλλονος, η σθερά πρέπει ν έχει μικρή ιμή (δηλ. μικρή ειδική θερμόη, μικρή ιμή λόγου όγκου/επιφάνει γι ο σοιχείο) Συνήθως θέλουμε θερμόμερ με μικρή ιμή (γι γρήγορη μέρηση) Κάποιες φορές (π.χ. θερμόμερ εδάφους-χιονιού) θέλουμε θερμόμερ με μεγάλη ιμή (με κθυσέρηση) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ (Ε) T0 T log T T 10 t t T0 T log 10 T T

7 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Γνωρίζουμε διάφορ είδη θερμομέρων που διθέει ο εργσήριο κι πίρνουμε μερήσεις ης θερμοκρσίς ου έρ σο Εργσήριο Υπολογίζουμε ο συνελεσή μεφοράς θερμόης (ω) κι η σθερά χρόνου () ης επιφάνεις ης λεκάνης δύο υδρργυρικών θερμομέρων (σφιρικής κι κυλινδρικής λεκάνης), φού θερμάνουμε με χέρι μς περίπου σους 30 C κι φήσουμε ν ψυχθούν κγράφονς η θερμοκρσί σε κά χρονικά δισήμ (20s) γι χρονικό διάσημ έως 500s ο πολύ. Υπολογίζουμε ο συνελεσή μεφοράς θερμόης (ω) κι η σθερά χρόνου () ης επιφάνεις γυλισμένου δίσκου λουμινίου, φού ον θερμάνουμε περίπου σους 80 C με ηλεκρική θερμινόμενη πλάκ κι ον φήσουμε ν ψυχθεί κγράφονς η θερμοκρσί σε κά χρονικά δισήμ γι χρονικό διάσημ έως 2000s ο πολύ. Σην ρχή χρονικά δισήμ πρέπει ν είνι πιο μικρά (π.χ. 60s) ενώ ση συνέχει πιο μεγάλ (π.χ.120s). Συγκρίνουμε ις ιμές ων συνελεσών μεφοράς θερμόης (ω) κι ων σθερών χρόνου () γι ις ρεις πρπάνω περιπώσεις κι βγάζουμε συμπεράσμ γι η θερμική ους δράνει

8 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Χρειάζει: 1) Ν μερήσουμε η διάμερο ης σφιρικής λεκάνης ου θερμομέρου 2) Ν μερήσουμε ις δισάσεις ης λεκάνης ου κυλινδρικού θερμομέρου (διάμερο βάσης κι ύψος ου) 3) Ν μερήσουμε ο πάχος ου δίσκου λουμινίου Γι ις μερήσεις χρησιμοποιούμε υποδεκάμερο κι πχύμερο με βερνιέρο Υδράργυρος: ρ13.55 g cm -3 c0.140 J g -1 grad -1 Aλουμίνιο: ρ2.7 g cm -3 c0.88 J g -1 grad -1

9 ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΣΚΗΣΗ κλίση ευθείς 0.434/ T0 T log T T 10 t T(s) T ( C) (T 0 -T )/(T-T ) T 0 T(t0) T