Feladat: 50. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Balogh András ,  Bocsák András ,  Bozsér Pál ,  Kiss Péter ,  Seregdy Tamás ,  Szövényi-Lux Mátyás ,  Varga Kálmán 
Füzet: 1982/május, 239 - 240. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Hőtani mérés, Hővezetés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1982/január: 50. fizika mérési feladat

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

A hővezetési együttható az egyik legnehezebben, bizonytalanul mérhető adat. A feladat megoldói sikeresen, jól oldották meg a problémát.
A hővezetési együtthatót a

Qt=λT2-T1lA
összefüggés definiálja, ahol Q a mérendő tárgyon t idő alatt átáramlott hő. A tárgy keresztmetszete A, és l hosszon a hőmérséklet T2-ről T1-re változik.
A mérést a hő meghatározása teszi nehézzé, mivel a veszteségek lecsökkentése vagy figyelembevétele nehéz feladat.
Balogh András (Nagykanizsa, Landler J. G., III. o. t.) gondos méréssel határozta meg a tégla hővezetési együtthatóját. A hengeresre csiszolt téglát vaslemezre állította. A vaslemez egy forrásban levő vízzel teli edény tetején állt. Ez biztosította, hogy a tégla egyik vége mindig 100C-on legyen.
A téglából készült henger másik homlokfelületére vaslapot tett, amelynek a hőmérsékletét mérte egy furatba dugott hőmérővel. A téglából készült henger palástját többrétegű alufóliával szigetelte. Az alufólia rétegek közé zárt levegő jó hőszigetelést biztosít.
A mérés kezdetekor a hőmérő 17C-ot mutatott, majd a tégla felső végén a vaslemez melegedni kezdett, a hőmérséklet időbeni változását a grafikon mutatja. Ennek az 1 és 2 óra közötti lineáris szakaszából határozható meg a hővezetési együttható.

Először is meghatározzuk az átáramlott hőt. A téglán levő vas tömege mFe= =1,02kg, fajhője; cFe=465J/kg K, a hőmérsékletváltozás: ΔtFe=15K. Ebből
Q=mFecFeΔtFe=7114J.
A tégla adatait (hossza l=65mm, sugara r=47mm) és a fenti hőt felhasználva a hővezetési együttható
λ=QtlT2-T11A=7114J3600s6,510-2m100C-47C1(4,710-2m)2π=0,35W/mfok.

A mérés hibáját egyrészt a hőmérsékletmérés hibája, másrészt a veszteségek okozzák. A hibát 15% körülinek becsülhetjük.
A beérkezett dolgozatok közül Balogh András mérte hővezetési együtthatóra a legkisebb értéket. Összehasonlításképpen felsoroljuk a többi mért értéket is, a fenti egységben, növekvő sorrendben (0,51; 0,62; 0,89; 0,90; 0,91; 1,2). A legtöbb megoldó 0,9W/mfok körüli értéket kapott.
Mindenki téglát mért, de különböző típusú tégla (tömör, lyukacsos, választó, blokk) hővezetése különböző. Ezt tükrözik a kapott mérési eredmények is.
A feladat második felének megoldásához Balogh András megmérte a lakás 23C-on tartásához szükséges gázfogyasztást, amikor a külső hőmérséklet +5C volt. Ezután számításba vette azokat a falakat, amelyek a szabadba vezetnek, mert a többin keresztül lényeges hővezetés nincs. A falak vastagságát is figyelembe kell venni. Az adatokat itt nem közöljük, mivel csak egy mért lakásra jellemzőek. Eredménynek azt kapta, hogy kb. tizedébe kerülne a fűtés, ha csak a téglafalon keresztül lenne veszteség.
A többi megoldó ennél kisebb különbséget kapott. Ha csak a téglafalon keresztüli hővezetés okozná a lakás hőveszteségét, akkor 50-80%-kal csökkenne a fűtési költség, attól függően, hogy mennyire vannak szigetelve az ajtók és ablakok, milyen gyakran nyitják a bejárati ajtót, és hogy az hova nyílik, lépcsőházba vagy szabadba stb.