Kezdőlap


Feladat:	34. fizika mérési feladat	Korcsoport: 14-15	Nehézségi fok: könnyű
Megoldó(k):	Bedey Gyögy , Nemes Tibor , Paróczai Dezső , Sáfár Péter , Varga Kálmán
Füzet:	1980/október, 94 - 96. oldal		PDF \| MathML
Témakör(ök):	Hőtani mérés, Hővezetés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):	Feladatok: 1980/március: 34. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A különböző rezek, különösen a vörösréz és a sárgaréz hővezetési együtthatója között lényeges különbség van. A vörösréz mint tiszta fém, jobban vezeti a hőt, mint a sárgaréz, amely réz és cink (horgany) ötvözete. A kísérleti feladat nem határozta meg, hogy milyen rezet kell vizsgálni, természetesen a mérés elvégzése bármilyen rézzel teljes értékű lehet, de több megoldó nem írta le dolgozatában, hogy milyen fajta rezet használt. Ilyen dolgozatok eredményének ellenőrzése nehéz. Ezúttal is felhívjuk a figyelmet a pontos, célszerű és érthető jegyzőkönyvekre. Enélkül a dolgozat nem kaphatja meg a maximális pontszámot.
A hővezetési együttható mérésére számos lehetőség kínálkozik. A következőkben Bedey György (Szolnok, Verseghy F. Gimn., II. o. t.) dolgozata alapján mutatjuk be a mérést.
Egy 5 cm hosszú, 3 mm átmérőjű vörösréz rudat egy termosz 3 cm hosszú gumidugójába fúrt lyukba illesztette. A termoszba 0,5 liter meleg vizet töltött. Megvárta, amíg a termosz anyaga is felmelegszik, majd amikor a víz $t_{1}$ hőmérsékletre hűlt, a termoszt bedugaszolta, és fejre állítva a rézpálca kilógó csonkját csapból kifolyó hűtővízbe helyezte (l. az ábrát).

Mindezt gyorsan kellett elvégeznie, hogy e művelet közbeni hőveszteség ne legyen lényeges. A mérés, vagyis ameddig a rézpálca a hűtővízzel érintkezett, 6 percig tartott, ekkor kivette a dugót és ismét lemérte a víz hőmérsékletét

(t_{2})

.
A hővezetési együtthatót a

\begin{matrix} λ = \frac{Q l}{t A (T_{1} - T_{2})} \end{matrix}

képlet alapján számolhatjuk ki. A képletben szereplő mennyiségek jelentése:

l = 3 \cdot 10^{- 2} m

a rézrúd hossza,

A = {(3 \cdot 10^{- 3})}^{2} π m^{2} = 2, 83 \cdot 10^{- 5} m^{2}

a keresztmetszete,

t = 360 s

a mérés ideje,

Q = c m (t_{1} - t_{2})

pedig a víz által leadott hő

(c = 4, 2 kJ/kg K

m = 0, 5 kg)

T_{1} = \frac{t_{1} + t_{2}}{2}

, a melegvíz átlagos hőmérséklete,

T_{2} = 13^{\circ} C

, a csapvíz hőmérséklete.
Bedey György különböző kezdeti hőmérsékleteken végezte el a mérést. A mérési eredményeket és a belőlük számolt hővezetési együtthatókat a táblázat mutatja:

\begin{matrix} t_{1} (^{\circ} C) & 80 & 70 & 60 & 50 & 40 & 30 \\ t_{2} (^{\circ} C) & 75, 6 & 66, 3 & 57 & 47, 6 & 38, 4 & 29 \\ λ [\frac{kJ}{m^{\circ} C s}] & 0, 42 & 0, 41 & 0, 41 & 0, 41 & 0, 38 & 0, 37 \end{matrix}

A mérés hibáját (amikor a víz kezdetben melegebb volt) a hőveszteség, (amikor hidegebb volt) a kis hőmérséklet-különbség növeli. Figyelembe véve, hogy a

T_{1} = \frac{t_{1} + t_{2}}{2}

átlagolás nem teljesen jogos és még egyéb szisztematikus hibákat (a nem jól definiált hővezetési hosszat, a termosz hőkapacitását stb.) a vörösréz hővezetési együtthatója:

\begin{matrix} λ = (0, 41 \pm 0, 04) \frac{kJ}{m^{\circ} C s} . \end{matrix}