Ohladi


Uvod
Oprema
Potek
Rezultati
Zaključki
Viri

Naša naloga je bila ugotoviti, kateri od mehanizmov, ki vplivajo na ohlajanje tekočine, najvec prispeva k ohlajanju le te. Delali smo z vrelo vodo v dveh različnih skodelicah (keramični in kovinski) ter spremljali padanje njene temperature do približno 80°C. Zasnovati smo morali poskuse, s katerimi smo nato testirali, kateri od mehanizmov prevajanja toplote ima največ vpliva.

Poznamo tri mehanizme ohlajanja dane tekočine: kondukcijo, konvekcijo in radiacijo. Mi pa smo jim dodali še izparevanje, saj se tudi na ta način voda ohlaja (veliko bolj, kot smo menili na zacetku).

Kondukcija je prevajanje toplote po trdninah ali mirujočih tekočinah. Toplejše telo v stiku s hladnejšim telesom odda toploto. Velja enačba j=λΔT, kjer je j velikost vektorja gostota toplotnega toka, λ toplotna prevodnost snovi, skozi katero se prevaja toplota in ΔT temperaturna razlika med točkama, med katerima opisujemo toplotni tok. V našem primeru j označuje toploto, ki se v enoti časa prevaja (oziroma izgublja) skozi enoto površine skodelice, plus med gladino in zrakom.[1]

Konvekcija je prenašanje toplote prek tekoče tekočine. Pri naravni konvekciji do toka pride zaradi temperaturnih ali gostotnih razlik v tekočini. Zaradi teh razlik pride do toka snovi - del snovi, ki ima višjo temperaturo (manjšo gostoto) se premika navzgor po tekočini, zaradi česar posredno pride do pretakanja toplote. Osnovna enačba, ki opisuje konvekcijsko prenašanje toplote, je P=hS(ΔT), kjer je P toplotni tok, torej količina prenešene toplote (posledica prenašanja snovi zaradi temperaturnih razlik) na enoto časa, ΔT temperaturna razlika med točkama, med katerima se dogaja konvekcija, S površina telesa in h koeficient toplotne prevodnosti (h=j/ΔT, kjer je j velikost toplotnega toka in ΔT temperaturna razlika).[1]

Radiacija, oz. sevanje, je oddajanje toplote telesa prek elektromagnetnega valovanja in za to ne potrebuje drugega telesa – lahko potuje tudi skozi vakuum. Sevanje opisuje naslednja enačba: P=σST^4, kjer je P toplotni tok, σ Stefanova konstanta, S površina telesa in T absolutna temperatura telesa. Ta enačba velja samo za črna telesa. Da velja za vsa telesa, moramo tok pomnožiti še s koeficientom ε, ki je za črna telesa 1. [1]

Izhlapévanje je fazni prehod, pri katerem snov preide iz kapljevinskega v plinasto agregatno stanje. Izhlapevanje se od izparevanja loci po tem, da poteka pri temperaturi, nižji od temperature vrelišča, ter, da prehajajo v plinasto stanje le molekule s površine kapljevine. Izhlapevanje opiše naslednja enačba: Q=qm, kjer je m masa tekočine, ki je prešla v plinasto stanje, Q dovedena toplota, q pa izparilna toplota, t.j. koeficient, značilen za snov, ki nam pove, koliko toplote moramo dovesti enoti mase snovi, da preide iz tekočega v plinasto stanje. [1]

Ko smo se pred izvedbo naloge pogovarjali o tem, kateri od mehanizmov mislimo, da bo prevladal, smo omenili predvsem konvekcijo in radiacijo, naše napovedi pa so se izkazale za napačne, saj smo močno podcenjevali vpliv izparevanja, vsaj pri temperaturah, pri katerih smo poskus izvajali. Če bi za izvedbo imeli več časa, bi bilo smiselno testirati še, kakšni so rezultati pri nekoliko nižjih temperaturah.

Naloge bi se lahko lotili na dva načina: tako, da bi izolirali posamezne mehanizme in merili, kdaj se toplotni tok najbolj zmanjša, ali pa tako, da bi se po enega naenkrat znebili. Odločili smo se za drugo možnost, saj je bilo tako veliko lažje zasnovati eksperimente.

Asistent: Sergej Faletič

Pri projektu smo sodelovali:

-Pia Albolena Repič

-Robert Kristjan Liboglavšek

-Jan Kaufman