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Dies ist die Versuchsbeschreibung für das Experiment Wärmeleitung in Festkörpern

Hintergrund ^

Zur Veranschaulichung der Gesetze der Wärmeleitung

Planung ^

• Es wird der Temperaturverlauf am Ende eines Stabes gemessen, der an seinem anderen Ende erwärmt wird. Die zu ermittelnde Größe ist die Wärmeleitfähigkeit. Abhängig von der Auswahl der zur Verfügung stehenden Stabgeometrien wird auf die spezifische (Materialabhängige) Wärmeleitfähigkeit geschlossen.
• zum Einsatz kommen die Temperatursonden aus der Grundausstattung
• Die Messung wird zunächst durch Erhitzen von Wasserbädern auf einen Fixpunkt (100°) vorbereitet, dann werden die Temperatursensoren an einer Seite der Stäbe befestigt. Zur Durchführung der Messung werden nun die Messungen gestartet und die Stäbe in die Wasserbäder gestellt. Der Verlauf der Temperatur wird vom Gerät aufgezeichnet und steht nach Ablauf der Messung als Messkurve zur Verfügung.
• Als Schutzmassnahmen müssen Siedeverzugsperlen in die Wasserbäder gegeben werden, dazu Schutzbrillen und Handschuhe.
• Benötigt werden zusätzlich
  • ein oder mehrere Wasserbäder und jeweils eine Heizplatte
  • Siedeperlen
  • mehrere Stäbe unterschiedlichen Materials und unterschiedlicher Form
  • Schutzbrillen, Schutzhandschuhe
  • Ein Wasserbad auf Zimmertemperatur, welches ein rasches abkühlen bei Fehlmessungen erlaubt.

Aufbau ^

Je nach Ausstattung und räumlicher Gegebenheit werden Wasserbäder mit Siedeperlen versehen und aufgeheizt. Stäbe aus verschiedenen Materialien werden zur Verfügung gestellt.

• Jede Gruppe erhält einen Stab und beschreibt dessen Geometrie und Material in einem Versuchsprotokoll. Die Eintauchtiefe in das Wasserbad ist vorher anhand eines Holzstabes zu ermitteln und wird in das Protokoll ebenfalls eingetragen.
• Die Stäbe und Sensoren sind so anzuordnen, daß die Kabel der Sensoren kein versehentliches Umstoßen der Wasserbäder begünstigen.

Präsentation ^

Bei Fertigstellung der Vorbereitungen sollte jede Gruppe

• den Aufbau erläutern können und
• das Protokoll entsprechend ausgefüllt haben.
• Die Stäbe sollten nicht in der Hand gehalten werden sondern Raumtemperatur annehmen können.

Durchführung ^

• Zunächst werden die Schutzvorkehrungen überprüft.
• Gemeinsam werden die Messungen gestartet, die Stäbe aufgenommen und in die Wasserbäder gestellt.
• Während der Messung kann der Verlauf der Messungen beobachtet werden.
• Erreicht die Temperatur des Stabendes einen stationären Endwert, so wird die Messung beendet und abgespeichert. Die Daten können sofort auf einen PC übertragen werden.
• Bei fehlerhafter Messung können bereits temperierte Stäbe in einem Wasserbad schnell auf Raumtemperatur abgekühlt werden, die Messung kann dann von neuem begonnen werden.

Auswertung ^

• Die Auswertung sollte gemeinsam, nach Erfassung sämtlicher Experimente stattfinden.
• Nach Erfassung der Temperaturkurven werden zunächst die Stäbe gleicher Form miteinander in einem gemeinsamen Graphen verglichen - so können die Materialeigenschaften miteinander verglichen werden.
• Nun werden Stäbe unterschiedlicher Form und gleichen Materials verglichen, um den Einfluss der Form zu ermitteln.
• Durch eine Normierung auf Einheitsmaße werden die Materialkonstanten ermittelt und mit Literaturwerten verglichen.