מרווה ומרתיח

הערה: ניסוי זה משתמש בחימום להבות. ודא כי מטף הוא בהישג יד וכי אין חומרים דליקים נמצאים ליד הניסוי. בצע את כל אמצעי הזהירות הסטנדרטיים לבטיחות אש.

1. ייצור דגימה למרווה (ראו תמונה, איור 1)

1. חותכים אורך קטן (~ 24 מ"מ) של מוט נחושת בקוטר 9.53 מ"מ. לקדוח שני חורים קטנים (קוטר 1.6 מ"מ) בערך באמצע הדרך לתוך המוט ליד שני הקצוות. החורים האלה יהיו בארות התרמו-סקופ. מכיוון שהחורים והתרמו-סקופים קטנים יחסית, אנו יכולים להניח שיש להם השפעה מינימלית על התנהגות העברת החום הכוללת.
2. השתמש אפוקסי בטמפרטורה גבוהה(למשל,JB Kwik) כדי להצמיד בדיקות תרמוסקופל בטמפרטורה גבוהה לתוך שני החורים. ודא כי טיפים בדיקה thermocouple נלחצים למרכז מדגם הנחושת כמו אפוקסי קובע.
3. הקימו מיכל מים כאקפוץ מרווה. הכנס תרוקת ייחוס שלישית לאמבטיה ליד המקום שבו המדגם ימוות.
4. חבר את שלושת התרמי-צמדים למערכת רכישת נתונים. הגדר תוכנית (ב- LabVIEW לדוגמה) כדי לרשום מדידות טמפרטורה ארעיות לגיליון אלקטרוני.

איור 1: א. צילום של דגימת נחושת ממכשיר באמבט מי קירור.b. דגימת נחושת חימום.

2. ביצוע ניסוי

1. מקם מבער בונזן או מיכל דלק משופשף ליד אמבט המרווה. תדליק את הלהבה.
2. ממרחק החזקה בטוח, לחמם בהדרגה את המדגם מעל הלהבה (לכ -50 מעלות צלזיוס מומלץ לניסוי הראשון). המדגם יכול להיות מוחזק על ידי מוליכי תרמו-סקופל (איור 1ב).
3. התחל לרשום את נתוני התרמו-סקופ לקובץ, וטבול את הדגימה באמבט המרווה. החזק את המדגם יציב כך שהעברת חום convection כפויה היא מינימלית. הפסק להקליט נתוני טמפרטורה ברגע המדגם מתקרב בתוך כמה מעלות של טמפרטורת האמבטיה.
4. חזור על הליך זה לטמפרטורות מדגם ראשוניות גבוהות יותר בהדרגה (עד ~ 300 מעלות צלזיוס). במקרים מעל 100°C, יש לבחון את התנהגות הרותח לאחר מרווה המדגם.

3. ניתוח נתונים

1. עבור מדידות הטמפרטורה שנרשמו, רשום את טמפרטורת המדגם הממוצעת בכל פעם כממוצע האריתמטי של שתי קריאות התרמו-סקופל המוטמעות.
2. חשב את קצב הקירור לדוגמה בכל זמן שנרשם j כ= (T_s,j+1-T_s,j)/(t_j+1-t_j) (הערכים יהיו שליליים). כאן, t_j הוא הזמן של כל קריאה נרשמה. זה עשוי להיות מועיל כדי להחליק עקומות קצב קירור אלה על ידי ביצוע ממוצע פועל עם חלון מדגם של 2-3 קריאות.
3. חשב את מקדמי העברת החום הניסיוניים h עם Eqn. 2 באמצעות קצב הקירור מ- שלב 3.2, ואמבטיה נמדדת (T_∞) וטמפרטורות מדגם (_Ts). כיצד מקדמי העברת חום אלה משתווים לערכים החזויים (Eqn. 4, ראה תוצאות)?
4. במקרה עם טמפרטורה התחלתית מתחת ל-100 מעלות צלזיוס, השתמשו במדידת הטמפרטורה הראשונית הניסיונית ושלבו באופן מספרי את Eqn. 2 כדי לחזות את הקירור לאורך זמן. השתמש ב- Eqn. 4 כדי לחזות את מקדם ההקמה בכל פעם. השווה עקומה זו לערכים שנמדדו. עבור גודל שלב זמן מספרי Δt (לדוגמה,0.1 s), ניתן לשלב את הטמפרטורה כ:
   (3)