Überarbeitung eines Laborversuches zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Metallen

Der ursprüngliche Laboraufbau
Bessere Messergebnisse
Der neue transportable Aufbau


N. Hoppe, November 2018, THB

 

Es gab bereits ein Laboraufbau zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Probezylindern aus Metall. Dieser Aufbau bestand aus einer Wasserkühlung mit einem großen Wärmetauscher und einem Peltierelement inkl. Temperaturregelung und Spannungsversorgung und war auf Grund seiner Größe nicht transpor­tabel. Der gesamte Messplatz konnte daher nur für diesen einen Laborversuch genutzt werden.

 

Ziel war es, den Aufbau soweit zu verkleinern, dass die Messungen an jedem beliebigen Arbeitsplatz durchgeführt werden können. Weiterhin sollte der Laborversuch 4x parallel angeboten werden, um eine gute Auslastung des Labors gewährleisten zu können.

 

Die Probezylinder werden von oben mit 16 W mit einem Widerstand beheizt. Die Wärme wird am unteren Ende des Zylinders abgeführt. Dabei entsteht ein Temperaturgefälle von oben nach unten. Aus den verschiedenen Temperaturen am Zylinder kann die Wärmeleitfähigkeit ermittelt werden. In der neuen Version wurde auf Peltierregelung und Wasserkühlung verzichtet und die Wärme direkt von einem Kühlaggregat abgeführt. Das Kühlaggregat wird vom Hersteller standardmäßig mit zwei kleinen, sehr schnell laufenden und damit lauten Lüftern ausgeliefert. Durch die etwas ungleichen Lüfterdrehzahlen ergeben sich akustische Schwebungen, die zusätzlich zu einer starken Belästigung aller im Raum arbeitenden Studenten führen würden.

 

Deshalb wurden die Original-Lüfter durch einen großen, langsam laufenden Lüfter ersetzt.

 

Der hierfür notwendige Adapter wurde freundlicherweise in der offenen Werkstatt der THB durch 3D-Druck erstellt. Ein Muster für den Adapter wurde von Herrn D. Schulz gedruckt.

 

Die mit dem neuen Aufbau erzielbaren Ergebnisse sind etwas besser als vorher, da das neue Temperatur­erfassungs­modul eine höhere Auflösung (1 mK vs. 100 mK) und mehr Messungen pro Zeit­einheit ermöglicht.  Der mess­technisch bedingte Fehler bei der Ermittlung der Wärme­leitfähigkeit der Zylinder ist beim neuen Aufbau daher geringer als beim alten Aufbau.

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