Resfriamento e Ebulição

NOTA: Este experimento usa aquecimento de chamas. Certifique-se de que um extintor de incêndio está à mão e que nenhum material inflamável está perto do experimento. Siga todas as precauções padrão para a segurança contra incêndios.

1. Fabricação de amostra para saciar (ver fotografia, Fig. 1)

1. Corte um pequeno comprimento (~24 mm) de 9,53 mm de altura da haste de cobre. Faça dois pequenos furos (1,6 mm de diâmetro) a meio caminho da haste perto das duas extremidades. Esses buracos serão os poços termopar. Como os buracos e termoparles são relativamente pequenos, podemos supor que eles têm um efeito mínimo sobre o comportamento geral de transferência de calor.
2. Use epóxi de alta temperatura (por exemplo,JB Kwik) para fixar sondas termopar de alta temperatura nos dois orifícios. Certifique-se de que as pontas da sonda termoparple são pressionadas no centro da amostra de cobre à medida que os conjuntos epóxi.
3. Coloque um recipiente de água como um banho de saciamento. Insira um terceiro termopar de referência no banho perto de onde a amostra será saciada.
4. Conecte os três termopares a um sistema de aquisição de dados. Configure um programa (no LabVIEW, por exemplo) para registrar medições transitórias de temperatura em uma planilha.

Figura 1: a. Fotografia de amostra de cobre instrumentada no banho de água de resfriamento.b. Amostra de cobre aquecedor.

2. Realizar experimentos

1. Posicione um queimador de Bunsen ou um recipiente de combustível chafing ao lado do banho de saciamento. Acenda a chama.
2. A partir de uma distância segura de retenção, aqueça gradualmente a amostra sobre a chama (até ~50°C recomendado para o primeiro experimento). A amostra pode ser mantida pelos condutores termopar (Fig. 1b).
3. Comece a registrar os dados do termopar para arquivar e mergulhe a amostra no banho de saciamento. Mantenha a amostra estável para que a transferência de calor de convecção forçada seja mínima. Pare de registrar dados de temperatura assim que a amostra se aproximar dentro de alguns graus da temperatura do banho.
4. Repita este procedimento para temperaturas amostrais iniciais progressivamente mais altas (até ~300°C). Para casos acima de 100°C, observe o comportamento de ebulição após a saciação da amostra.

3. Análise de dados

1. Para as medidas de temperatura registradas, registo da temperatura média da amostra em cada momento como a média aritmética das duas leituras termopar incorporadas.
2. Calcule a taxa de resfriamento da amostra a cada hora registrada j as = (T_s,j+1-T_s,j)/(t_j+1-t_j) (os valores serão negativos). Aqui, t_j é o tempo de cada leitura registrada. Pode ser útil suavizar essas curvas de taxa de resfriamento realizando uma média de funcionamento com uma janela de amostra de 2-3 leituras.
3. Calcule os coeficientes experimentais de transferência de calor h com Eqn. 2 utilizando a taxa de resfriamento da Etapa 3.2, e banho medido(T_∞) e temperaturas amostrais(T_s). Como esses coeficientes de transferência de calor se comparam com os valores previstos (Eqn. 4, ver Resultados)?
4. Para um caso com temperatura inicial abaixo de 100°C, use a medição inicial de temperatura experimental e integre numericamente Eqn. 2 para prever o resfriamento ao longo do tempo. Use Eqn. 4 para prever o coeficiente de convecção a cada momento. Compare esta curva com valores medidos. Para tamanho de etapa de tempo numérico Δt (por exemplo,0,1 s), a temperatura pode ser integrada como:
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