F2210 Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory

Úloha č.5: Měření teploty

Návod k úloze

fpno_05pl.pdf

Domácí úkoly, sběr souborů.

Co je možné vypracovat distančně?

Identifikace teplotních čidel

Měření teploty olejové lázně pomocí kapalinového teploměru, termočlánkového čidla a odporových čidel je zaznamenáno v souboru

kalibrace_teplotnich_cidel_ykynhkcz.txt

Import .txt souboru do programu QtiPlot : File - Import - Import Ascii - vybrat soubor. Dále je nutné správně nastavit "Decimal separators" na 1 000,0 (protože v importovaném .txt souboru jsou desetinná čísla zapsána takto).
█ Upozornění. Pokud aktivně nic nenastavíte, QtiPlot ponechává nastavení "Decimal separators", které bylo použito naposledy. Tedy pokud jste zpracovávali v QtiPlotu fotovoltaiku, tak asi máte nastaveno 1,000.0 a po importu máte v QtiPlotu nuly všude, kde byla v .txt souboru desetinná čísla.

V programu QtiPlot vytvořte grafy závislostí měřených veličin na teplotě pro jednotlivá čidla. Grafy pro jednotlivá čidla proložte lineární závislostí.

█ Záludnost grafů v QtiPlotu. Pokud bez úprav tabulky zadáte vytvořit graf závislosti napětí termočlánku na teplotě oleje, vytvoří se vám něco, co jste nechtěli.
Nutná příprava: Nad hlavičkou sloupce tabulky, který má být nezávisle proměnnou grafu (x), klikněte pravým tlačítkem myši a zadejte "Set as X".

Identifikace jednotlivých čidel - s využitím údajů, které program Qtiplot vypisuje ke každé proložené lineární závislosti, vyplňte tabulky "Termočlánkové čidlo" a "Odporová čidla" v pracovním listu.

Poznámky k provedení:

grafy kreslete bodové
v grafu by měl být název bodové řady i prokladu (rozumný)
u termočlánkového čidla odpovídá proklad rovnici $U=\beta (t-t_0),$ kde $U$ je měřené napětí, $t$ měřená teplota, $t_0$ teplota lázně voda led na druhém konci termočlánku a $\beta$ hledaný termoelektrický koeficient. Porovnáváme tedy rovnici prokladu $y=Ax+B$ s rovnicí $U=\beta t+( - \beta t_0).$
u odporového čidla odpovídá proklad rovnici $R=R_{0}\left( 1+\alpha \Delta t\right)$ , kde $R$ je měřený odpor, $R_0$ odpor termočlánku při teplotě $0^{\circ} \rm\,C$ (k této hodnotě se vztahuje změna teploty $\Delta t$ ) a $\alpha$ hledaný koeficient. Porovnáváme tedy rovnici prokladu $y=Ax+B$ s rovnicí $R=(R_{0}\alpha) \Delta t+ R_0$ .

Měření teploty infračerveným teploměrem

Emisivita tmavého a lesklého povrchu

Měření horkého povrchu, byly naměřeny teploty

typ teploměru▼ typ povrchu →	černá polovina	lesklá polovina
kontaktní teploměr	318,6 °C	324,2 °C
IR teploměr	298,5 °C	159,4 °C

S využitím těchto údajů vyplňte příslušnou část pracovního listu.

Problematika měření nízkých teplot

Měřili jsme teplotu chlazené měděné desky, byly naměřeny teploty

	čistý kov	kov s jinovatkou
kontaktní teplota	-18 °C	- 22 °C
IR teploměr	+ 10 °C	- 2 °C
IR teploměr + miska	-1 °C	- 16 °C

Ve třetím případě jsme měděnou desku zakryli převrácenou miskou s dírkou ve dně, teplotu jsme měřili skrz tuto dírku. Byla použita miska vychlazená z mražáku.
S využitím těchto údajů vyplňte příslušnou část pracovního listu.

Měření IR teploměrem přes okénko

Měření horkého povrchu přes okénko a přímo

Materiál	$t_{IR,O}[^{\circ}\rm\,C]$	$t_{IR,V}[^{\circ}\rm\,C]$
sklo	27,3	227,2
GaAs	128,9	182,5
CaF2	100,4	172,3

Měření přes okénko s korekcí záření okénka pro sklo:

dodatečné měření přes totéž sklo při pohledu na chladný objekt:

sklo	$t_{IR,P}=22,6^{\circ}\rm\,C$

Využitím těchto hodnot vyplňte příslušnou část pracovního listu.

Tepelná stopa ruky, srovnání teplotních vodivostí různých kovů

Prezentaci pokusů z naší laboratoře najdete zde:

Teplocitlive-folie-ve-fyzikalnich-experimentech

Přitom k problematice úloh praktika se přímo vztahují strany 1 až 9 této prezentace. Je zde :
1. Popis teplocitlivých fólií.
2. Popis a obrazové zachycení pokusu "tepelná stopa ruky".
3. K pokusu "srovnání tepelné vodivosti různých kovů" je uveden důkladný fyzikální výklad, obrazové zachycení pokusu pro elektrický ohřev dvojice kovů měď a ocel, tabulka teplotních vodivostí pro různé kovy.

S pomocí uvedených materiálů vyplňte příslušné kapitoly pracovního listu.
Přitom některé údaje v prezentaci nejsou - třeba teplotní vodivost mosazi - v pracovním listu můžete nechat nevyplněné.

Problematika úloh praktika alternativně i zde (nepovinné):

porovnani-tepelne-vodivosti-medi,-hliniku-a-mosazi

tepelna-vodivost-plastu-a-kovu-1

Nepovinné:

Najdete-li doma teplocitlivou fólii (např na akváriu), vyzkoušejte, jak reaguje na změnu teploty.
Vyzkoušejte si něco z následujících domácích experimentů. Výsledky nám napište na volná místa do pracovních listů.

Hrátky s teplem - ČEZ

Přírodověda - pro menší, ale potěší

Studium fázového přechodu termočlánkovým čidlem

Termočlánkové čidlu typu K bylo ponořeno jedním koncem do směsi vody a ledu (stejně jako v úloze "Identifikace teplotních čidel") a druhým koncem do zkumavky s octanem sodným. Zkumavku jsme zahřívali horkovzdušnou pistolí tak dlouho, až celý objem octanu byl kapalný. Pak jsme zkumavku nechali chladnout. Ve chvíli, kdy teplota octanu byla výrazně nižší než teplota tání, jsme v octanu iniciovali tuhnutí pomocí zasunutí kovové tyčinky. Po chvíli jsme měření ukončili. Data jsou zde.

octan_sodny_tani_a_tuhnuti.txt

Úkoly:

Zpracujte naměřená data, vytvořte graf závislosti teploty octanu na čase.
Popište jednotlivé úseky v grafu - co se dělo s octanem?
Určete teplotu tání octanu, vysvětlete průběh teplotní závislosti v okolí teploty tání.

Nepovinné: octan sodný je náplní tzv. zahřívacích polštářků. Přečtěte si o nich něco, případně, máte-li je doma, vyzkoušejte jejich funkci. Pokud máte vhodný teploměr, zkuste měřit teplotu po aktivaci polštářku pomocí zlomení plíšku - závislost teploty na čase. Pomůže Vám to s řešením předcházejícího úkolu.

https://dvojka.rozhlas.cz/zahada-samoohrivaciho-polstarku-7529249

https://blog.wuwej.net/2007/12/25/jak-funguje-samoohrivaci-polstarek.html