1b. Ztráta tepla v závislosti na povrchu a objemu tělesa a na chladícím mediu

Transkript

1 1b. Ztráta tepla v závislosti na povrchu a objemu tělesa a na chladícím mediu ZÁKLADNÍ POJMY Proces chlazení patří mezi nejvýznamnější prvky v technologii zpracování potravin. Intenzita chlazení je závislá na velikosti povrchu rozhraní chlazeného tělesa a chladícího média, přičemž objem chlazeného tělesa představuje další prvek. Velmi významným faktorem procesu chlazení je druh a skupenství chladícího média a tvar styčné plochy (rozhraní). Při minimalizaci ztráty tepla je z hlediska poměru povrchu a objemu tělesa optimálním tvarem koule. U optimálního chlazení je tomu naopak, zde je nejvýhodnější velká plocha při tenké vrstvě. Pravidlo 1: Dle Bergmanova pravidla se hmotnost těla různých ras teplokrevných zvířat v rámci jednoho druhu zvyšuje se snižující se teplotou klimatu. Čím větší je hmotnost těla, tím nižší je poměr POVRCH : OBJEM těla, a tím nižší je ztráta tepla na jednotku hmotnosti. Pravidlo 2: Rychlost ztráty tepla závisí na chladícím mediu. CÍL ÚLOHY: Ověřit platnost obou pravidel na laboratorním modelu.

2 Výchozí sestava - ztráta tepla na vzduchu

3 Výchozí sestava - ztráta tepla ve vodě

4 HARDWARE A SOFTWARE 1. Hardware: Měření provádíme na přístroji Cobra 3, vybaveném dvěma polovodičovými teplotními čidly a propojeném s počítačem. Čidla připojíme do konektoru 1 a 2 přístroje. Výslednou křivku budeme charakterizovat softwarem Phywe. 2. Nastavení software: Na počítači spustíme program Measure, dále File a New Measurement. Parametry nastavíme následujícím způsobem: o Modul: no module o S1: semiconductor o S2: semiconductor o Channels: Temperature T1 (S1); Temperature T2 (S2); Temperature T2 - T1 o Y bounds temperature unit: o C o X data: Time o Display: Digital display 1, Digital display 2, Diagram 1, Diagram 2 o Get value: every 1 s o Start of measurement: on key press Temperature T1 o End of measurement: after 600 values Temperature T1 o Allocate memory for: Values POSTUP ÚLOHY 1. Kalibrace: Teplotní čidla ponecháme na vzduchu, klikneme na Calibrate a zadáme teplotu laboratoře. Postupně klikáme na Calibrate, OK, OK a Continue. POZOR: Kalibrují pouze studenti, kteří provádějí první cvičení daného dne, pokračující jíž nekalibrují! 2. Modelová tělesa - skleněné baňky o objemu 500 a 100 ml upevníme do stojanu (viz. obr.) 3. Vytemperování baněk: Ve varné konvici ohřejeme cca 1 l deionizované vody na cca 80 o C (teplotu měříme digitálním teploměrem). Baňky naplníme touto vodou a ponecháme několik minut zahřát. Pak tutéž vodu opět zahřejeme ve varné konvici na přibližně stejnou teplotu a definitivně nalejeme do baněk po odpovídající značky. Do baněk umístíme tepelná čidla (do baňky 500 ml vložíme čidlo z portu 1). 4. Počkáme cca 20 vteřin a pak klikneme na počítači na Start measurement. Začne se vykreslovat křivka poklesu teploty. Měření probíhá 6-8 min. 5. Vyhodnocení: Po ukončení měření analyzujeme na počítači: Zvolíme Analysis a Show extrema. Opíšeme hodnoty T1 (červená křivka), pak klikneme na OK a 2krát na T (modrá) a znovu na Analysis a Show extrema. Opíšeme hodnoty T2 a klikneme na OK. Naměřené

5 hodnoty teplot a jejich rozdíly uložíme do následující tabulky: teplota o C měření T1 max T1 min T2 max T2 min T1 max - T2 max T1 min - T2 min 6. T1 max - počáteční teplota u baňky 500 ml T1 min - konečná teplota u baňky 500 ml T2 max - počáteční teplota u baňky 100 ml T2 min - konečná teplota u baňky 100 ml 7. Vliv chladícího media: Abychom mohli srovnat vliv chladícího media na rychlost ztráty tepla provedeme 3 měření v baňkách na vzduchu a 3 měření v baňkách ponořených ve vodní lázni (viz. obr.). Pro každou variantu (vzduch x voda) vyhotovíme samostatnou tabulku. 8. Statistická analýza: U prvních 2 sloupců každé tabulky zprava provedeme statistickou analýzu (vypočítáme průměr, směrodatnou odchylka výběrovou, relativní a průměru). 9. U obou použitých baněk také vypočítáme poměr POVRCH : OBJEM s tím, že změříme poloměry obou baněk a k výpočtu použijeme vzorce pro výpočet těchto parametrů u koule. 10. V diskusi zhodnotíme jednak zdali se nám podařilo potvrdit Bergmanovo pravidlo, jednak vliv chladícího media (vzduch versus voda)na rychlost ztráty tepla.