ısı iletimi deneyi

www.muhendisiz.net
ISI İLETİMİ DENEYİ
DENEY ADI
ISI İLETİM DENEYİ
DENEYİN AMACI
Değişik malzemelerden yapılmış bir çubuk boyunca ısı iletimi
incelemek ve incelenen malzemenin ısı iletim katsayısını bulmak.
DENEYİN TEORİSİ
Enerji kavramı termodinamikte bir sistemin konumunu belirlemek için
kullanılır, bilindiği üzere enerji yoktan varedilemez veya yok edilemez ancak bir
formdan diğer bir forma geçebilir. Termodinamik bilimi ısı ve enerjinin formları
ile ilgilenirken, ısı transferi bilimi ise, s,stem içinde yer alan ısı geçişi ile
ilgilenir. Isı akışı ile olan enerji transferi doğrudan ölçülmez fakat ölçülebilen bir
büyüklük olan sıcaklık ile ilişkilendirildiğinde anlam kazanır.
Bir sistemde sıcaklık farkı olduğunda, ısı yüksek sıcaklıktan düşük
sıcaklığa doğru akar. Sistem içinde bir sıcaklık farkı oluştuğunda bir ısı akışı söz
konusu olduğundan, sistemin sıcaklık dağılımının bilinmesi önem kazanır.
Sıcaklık dağılımı biliğinde, birim zamanda birim alana düşen ısı akısı
hesaplanabilir.
Isı geçişinin üç ana formu vardır; iletim, taşınım ve ışınım. Yapılacak
olan deney ısı iletimi ile ilişkili olduğuna göre burada sadece iletimden
bahsedilecektir.
Isı İletimi :
Bir cisim için içinde sıcaklık farkı oluştuğunda yüksek
sıcaklıktan alçak sıcaklığa doğru bir enerji geçişi olur. Bu durumda enerji
geçişinin iletim yoluyla olduğu ve ısı geçişinin birim zamana oranının normal
sıcaklık gradyeni ile orantılı olduğu söylenir.
eklendiğinde q = - kA
dT
dX
Q
dT
¥
A
dX
oran sabiti
olur.
Burada q ısı geçiş oranı ve dT/dX ısı akısı yönündeki sıcaklık
gradyenini, k malzemenin ısıl iletkenliğini göstermektedir. Eksi işareti ise,
termodinamiğin ikinci kanununu sağlayabilmek için konmuştur.
DENEYDE KULLANILAN TEÇHİZAT
Aşağıdaki parçalardan oluşan komple bir deney seti kullanılmıştır.
· Isı giriş bölümü (Prinçten)
· Elektrik ısıtıcısı
· 3 adet sıcaklık sensörü (10’ar mm aralıklarla yerleştirilmişler)
· Soğutucu bölümü (Prinçten)
· Hortumlar (Soğutma için)
· Isıl iletimi ölçülecek olan malzeme
1
www.muhendisiz.net
Deneyin Yapılışı :
1. Ara bölüm, lineer modüldeki yerine yerleştirilmeli ve beraber tesbit
edilmelidir.
2. Isı kaynağı elektrik konsol güç kaynağı soketine sokulmalıdır.
3. Güç düğmesini ölçüm yapmak istediğimiz değerlere ayarladık.
4. Selektör düğmesini 1 konumuna getirince lineer modülün bir ucundan
ısıtma işlemi başladığında sıcaklıkta artış gözledik.
5. Selektör düğmesini 2 konumuna getirince soğutucu tarafındaki sıcaklığın
düştüğünü gözledik. Bu işlemi dokuz sensörün herbiri için tekrarladık.
İstenen Q değerleri için ölçtüğümüz sıcaklıklar aşağıdaki tabloda irdelenmiştir;
Q,
(Watt)
T1oC
T2oC
T3oC
T4oC
T5oC
T6oC
T7oC
T8oC
T9oC
13,7
91,2
89,8
87,7
53,75
44,5
38,8
14,4
12,5
11,5
8,6
74,1
73,1
71,5
36
34,4
30,8
11,4
10,1
9,5
5
58
57,1
55,6
33,2
29,5
26,1
11,6
10,6
10,1
2
www.muhendisiz.net
Q = 13,7 watt
87,7 - Tg1
87,7 - 53,75
38,8 - Tç1
38,8 - 14,40
Q = 5watt
55,6 - Tg2
=
0,02 - 0,025
Þ Tg1 = 70,72o C
0,02 - 0,03
=
0,05 - 0,055
Þ Tç1 = 26,60o C
0,05 - 0,06
=
0,02 - 0,025
Þ Tg2 = 44,40o C
0,02 - 0,03
=
0,02 - 0,025
Þ Tg3 = 53,75o C
0,02 - 0,03
=
0,05 - 0,055
Þ Tç3 = 21,10o C
0,05 - 0,06
55,6 - 33,20
26,1 - Tç2
0,05 - 0,055
=
Þ Tç2 = 18,85o C
26,1 - 11,60 0,05 - 0,06
Q = 8,6watt
71,5 - Tg3
71,5 - 36,00
30,8 - Tç3
30,8 - 11,40
3
www.muhendisiz.net
Nokta
1
2
3
1.bölme
4
5
6
1.bölme
7
8
9
Nokta
1
2
3
3.bölme
4
5
6
3.bölme
7
8
9
Sıcaklık ( oC )
91,2
89,8
87,7
Tg1
53,75
44,5
38,8
Tç1
14,4
12,5
11,5
Sıcaklık ( oC )
74,1
73,1
71,5
Tg3
36
34,4
30,8
Tç3
11,4
10,1
9,5
Mesafe ( m )
0
0,01
0,02
0,025
0,03
0,04
0,05
0,055
0,06
0,07
0,08
Mesafe ( m )
0
0,01
0,02
0,025
0,03
0,04
0,05
0,055
0,06
0,07
0,08
Nokta
1
2
3
2.bölme
4
5
6
2.bölme
7
8
9
Sıcaklık ( oC )
58
57,1
55,6
Tg2
33,2
29,5
26,1
Tç2
11,6
10,6
10,1
Mesafe ( m )
0
0,01
0,02
0,025
0,03
0,04
0,05
0,055
0,06
0,07
0,08
4
www.muhendisiz.net
Q=
k s A(Tg - Tç )
l
Verilen değerler;
Dx = 0,030m
A = 4,90625 ´ 10 -4 m 2
İşlemlerimiz;
Q1 Þ 13,7 =
Q2 Þ 5 =
=
Dx
k S 2 A(Tg 2 - Tç2 )
Q3 Þ 8,6 =
k Sort =
k S1 A(Tg1 - Tç1 )
Dx
=
k S3 A(Tg3 - Tç3 )
Dx
k S1 ´ 4,9063 ´ 10 -4 ´ (70,724 - 26,65)
0,03
k S 2 ´ 4,9063 ´ 10 -4 ´ (44,402 - 18,85)
=
0,03
k S3 ´ 4,90625 ´ 10 -4 ´ (53,75 - 21,10)
0,03
Þ k S1 = 18,96W / mK
Þ k S 2 = 11,92W / mK
Þ k S3 = 16,092W / mK
18,96 + 11,92 + 16,092 47,04
=
= 15,657W / mK
3
3
Hesaplarımızda dikkate alacağımız en önemli nokta ,ısı akısının her kesitte eşit olması
gerektigidir ,bunu işlemlerimize yansıtacak olursak ;
Q
T -T
T -T
T -T
= kh HS HI = k s HI CI = kc CI CS
A
XH
XS
XC
Q
= U (THS - TCS )
A
I
X
X
X
= H + S+ C
U kH
kS
kC
5
www.muhendisiz.net
Sıcaklık Gradyni Grafiği :
ks2
Tg=70,725°C
ks3
TH2
Tg=53,75°C
Tg=44,40°C
Tç=18,85°C
TH3
Tç=21,10°C
Deney Sonuçları :
· Bölümler arası sıkıştırılma sağlam olmalı.Bu sayede istenmeyen ısı
kayıplarından kaçınmış oluruz..Ortamın genel izolasyon şartlarının sağlanması
deney sonucumuza etkimesi anlamında çok önemlidir.bunu da sıkıştırmayla
birlikte ele alabiliriz.
· Literatüreki çelik yüzdelerine göre deneyimizi inceleyecek olursak ;
%1,5 karbon içerenlerde 36,3 W/mK dir
%5 karbon içerenlerde 53,69 W/mK
olduğu bilinmektedir.
Bulduğumuz değerler( k S = 18,96 , k S = 11,92 , k S = 16,092 )
1
2
3
%1,5 ve %5 karbon içeren malzemelerden oldukça küçüktür.
· Gözlemlediğimiz üzere ;Malzememizin cinsine göre ve ısı sensörlerimizin
türlerine ve duyarlılıklarına göre Isı iletim katsayılarımız değişir.
6
www.muhendisiz.net
7