Teorija
Da bi bila računska obdelava grafov jasnejša, se je potrebno seznaniti z nekaj teorije, ki smo jo uporabili pri rešavanju naloge.
Poznavanje teorije o prevajanju toplote in o specifični toplotni kapaciteti snovi, nas je pripelalo do ideje, da bi nalogo lahko rešili z merjenjem in primerjanjem temperature na različnih delih bakrene cevi.
Prevajanje toplote:
Toplota prehaja s telesa (oz. dela telesa) z višjo temperaturo na telo (oz. del telesa) z nižjo temperaturo brez dovajanja zunanjega dela. Toplota Q, ki jo v določenem času t odda toplejše telo hladnejšem telesu, s katerim je v stiku, je toplotni tok:
če se tok s časom spreminja.
Če pa je tok konstanten je enak:
kjer je λ toplotna prevodnost, S presek, ki je pravokoten na smer toka, T temperatura toplejšega dela telesa, T' temperatura hladnejšega dela telesa in x razdalja med deli telesa.
Da ne bi prišlo do nobene izgube in pritoka toplotnega toka s strani, smo naš prototip detektora praznine izolirali. S tem smo dosegli, da je toplotni tok, ki zapušča toplejše telo, približno enak toplotnemu toku, ki teče na hladnejše telo.
Gostota toplotnega toka j je definirana kot toplotni tok na enoto preseka dS:
Če se toplotni tok po preseku ne spreminja, je enak:
Bakreno cevko na enem koncu močno pogrejemo, zaradi česar čez kratek čas zaznamo povišanje temperature na drugem mestu cevke. Merimo razliko temperature med dvema spojema kovin, od katerih je en spoj med dvema grelcema, drugi pa ne. Če razlika v izmerjenimi temperaturi ni večja od okvirne napake meritve, potem lahko sklepamo, da v cevki ni tekočine ali pa tekočina miruje. Da bi lahko ločili med tema dvema primeroma, potrebujemo nekaj podatkov o specifični toplotni kapaciteti snovi, ali krajše, o specifični toploti snovi.
Specifična toplota c snovi je sorazmerni koeficient, ki nam pove koliko toplote moramo dovesti 1kg snovi, da bi se segrel za 1K. Toplota, ki jo dovedemo sistemu, je sorazmerna s spremembo temperature ∆T in z maso telesa m:
Specifična toplota bakra je c=1356 J/kgK, specifična toplota vode pa 4200J/kgK. Če bi bila cevka prazna, bi bila sprememba temperature glede na dovedeno toploto odvisna samo od specifične toplote bakra, če pa bi se v cevki nahajala voda, bi poleg specifične toplote bakra vplivala na spremembo temperature tudi specifična toplota vode.
Če bi v cevki bila tekočina, ki se giblje npr. od leve proti desni strani cevke, bi zaradi prevajanja toplote temperature izmerjena desno od mesta gretja cevke bila višja od temperature izmerjenje na levi strani.
Naš termočlen je sestavljen iz dveh spojev baker-konstantan, med katerima nastane določena električna napetost, če sta segreta na različni temperaturi. Tako ju lahko s pridom izkoriščamo za merjenje temperaturne razlike med dvema deloma cevi. Napetost, ki se ustvari med spojema pri temperaturni razliki enega kelvina (1K), je sicer zelo majhna, zato smo jo povezali z majhnim ojačevalnikom, iz tega pa smo signal odbirali s osciloskopom. Kjerkoli bomo v opisu dela omenjali termočlen, bo to ime zajemalo dva spoja kovin in zaporedno vezan ojačevalec.