TD1002A Lineares Wärmeleitungsexperiment Thermisches Bildungsgerät
Experiment zur linearen Wärmeleitung
Dieses Experiment hat einen massiven Messingstab mit kreisförmigem Querschnitt, der aus zwei Teilen mit einem austauschbaren Mittelteil besteht. Es wird auf einer Grundplatte mit einem klaren Schema des Versuchsaufbaus montiert. Der erste Messingabschnitt enthält zwei Thermoelemente und die elektrische Heizung (Wärmequelle). Der zweite Messingabschnitt enthält eine kleine wassergekühlte Kammer (Kühlkörper) und zwei weitere Thermoelemente. Die austauschbaren Mittelteile (im Lieferumfang enthalten) sind aus verschiedenen Metallen:
• Messing – so wird die Stange zu einer Messinglänge
• Aluminium
• Edelstahl
• Kupfer
Jeder mittlere Abschnitt verfügt über drei Thermoelemente, um die Berechnung der Wärmeleitfähigkeit von Proben mit zwei verschiedenen Methoden zu ermöglichen:
• Die absolute Methode
• Die vergleichende Cut-Bar-Methode
Die elektrische Heizung und die Thermoelemente werden an Buchsen an der Basiseinheit für Wärmeübertragungsexperimente (TD1002) angeschlossen, die auch den Kaltwasserzulauf und -ablauf für den Kühlkörper liefert.
Die Schüler schalten den Kühlwasserfluss ein und stellen die Heizleistung ein, bis das Experiment ein Gleichgewicht erreicht. Anschließend zeichnen sie die Temperaturen auf, während die Wärme entlang des Stabs geleitet wird. Die Isolierung um den Stab verringert den Wärmeverlust durch Konvektion und Strahlung, so dass die Ergebnisse nur für einfache lineare Leitung nahe an der Theorie liegen sollten. (Der Wärmeverlust kann auch einfach anhand eines vordefinierten Diagramms und einer Tabelle geschätzt werden).
LERNERFOLGE
• Demonstration und Berechnungen der linearen Wärmeleitung
• Berechnung der Wärmeleitfähigkeit (k-Wert)
• Demonstration der Wirksamkeit von Wärmeleitpaste
• Demonstration und Berechnung von thermischen Widerständen (R-Wert) in Reihe
• Demonstration der „thermischen Verzögerung“
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untersuchung.
