3B Scientific Heat Equivalent Apparatus User Manual
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3. Bedienung und Wartung
•
Das Wärmeäquivalentgerät wird mit der Tisch-
klemme an einer stabilen Arbeitsplatte befestigt.
Dann wird die Reibschnur – wie in Fig. 1 gezeigt –
4,5 bis 5,5 mal um den Reibzylinder gelegt, wobei
das Gegengewicht hinten und das lose Ende der
Schnur vorne herunterhängen sollte.
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Als Gewicht kann der beiliegende Eimer, der mit
Wasser oder Sand etc. gefüllt wird (Gesamtmasse
ca. 5 kg), verwendet werden. Das lose Ende der Reib-
schnur wird mit dem auf dem Boden stehenden
Gewicht verbunden, wobei darauf zu achten ist,
dass das Gegengewicht bei straffer Schnur nur etwa
5 cm Abstand vom Boden hat. Dadurch wird ein
Anheben des Gewichtes während des Versuchs um
mehr als ca. 10 cm verhindert.
•
Wenn sich jetzt beim Kurbeln zeigt, dass die Schnur
nach rechts läuft und ggf. nicht in der Vertiefung
bleibt, dann wird die Schnur so um den Reib-
zylinder gelegt, dass sich das Schnurende mit dem
Gewicht rechts und das Schnurende mit dem Ge-
gengewicht links befindet.
•
Der Temperaturfühler wird mit einem Tropfen Öl
benetzt (wichtig!) und gemäß Fig. 1 in den gewähl-
ten Reibzylinder gesteckt, bis er merklich einrastet
und sich leicht drehen lässt (wird er zu weit oder
nicht weit genug hineingeschoben dreht er sich
nicht einwandfrei). Die beiden Anschlüsse des
Temperaturfühlers werden mit einem Widerstands-
messgerät (Multimeter) verbunden, das im Bereich
von 2 k
Ω
bis 9 k
Ω
mindestens über eine 3-stellige
Anzeige verfügen sollte. Die Umrechnung des ge-
messenen Widerstands in die Temperatur kann
entweder unter Verwendung der Tabelle auf der
letzten Seite dieser Anleitung oder mit Hilfe folgen-
der Gleichung erfolgen:
T
R
=
−
217
151
0,13
(1)
hier ist R in k
Ω
einzusetzen, um T in °C zu erhal-
ten. Diese Gleichung stimmt mit den Tabellenan-
gaben des Herstellers von dem NTC-Widerstand im
Bereich von 10 - 40 °C auf ± 0,05 °C überein.
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Vor einem Versuch sollte der Reibzylinder um ca.
5 - 10 °C unter Umgebungstemperatur abgekühlt
werden. Dazu kann er entweder in einen Kühl-
schrank oder in kaltes Wasser gestellt werden, wo-
bei die Temperaturfühler-Bohrung nach oben zei-
gen muss und die Eintauchtiefe nur etwa 2/3 der
Zylinderhöhe betragen darf (Tipp: wird der Reib-
zylinder in einer Plastiktüte ins Wasser gestellt, muss
er nach der Abkühlung nicht abgetrocknet werden).
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Die Temperaturerhöhung während eines Versuchs
sollte solange erfolgen, bis die Reibzylinder-Tem-
peratur ca. 5 - 10 °C über der Umgebungs-
temperatur liegt. Je genauer die Temperatur-
differenzen (jeweils gegen Umgebungstemperatur)
bei der Abkühlung und Erwärmung übereinstim-
men, desto geringer ist der Netto-Wärmeaustausch
mit der Umgebung.
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Zur elektrischen Beheizung der Reibzylinder liegen
Adapterkabel bei, die auf der einen Seite Stecker
mit 2 mm Durchmesser und auf der anderen Seite
die üblichen Laborstecker mit 4 mm Durchmesser
haben. Zur Stromversorgung sollte ein Netzteil mit
regelbarer Spannungs- und Strombegrenzung zum
Einsatz kommen, wobei die maximale Spannung
des Netzteils 40 V nicht überschreiten darf. Der Plus-
pol des Netzgerätes wird mit der isolierten Buchse
(an dem runden grauen Kunststoffplättchen unter
der Buchse zu erkennen) und der Minuspol mit der
anderen Buchse verbunden.
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Die Heizelemente an den Reibzylindern verhalten
sich nicht wie Ohmsche Widerstände! Ab ca. 10 V
steigt der Strom schnell an, bis er bei ca. 12 V die
maximal zulässige Stromstärke von 3 A erreicht. Zur
Einstellung eines Betriebspunktes empfiehlt es sich,
zunächst die Strombegrenzung auf 2 – 3 A einzu-
stellen und dann die Spannung langsam bis auf ca.
11 V anzuheben, wobei der Strom auf ca. 1 A stei-
gen sollte. Jetzt wird die Strombegrenzung nach-
geregelt, bis ca. 0,8 A fließen. Diese Einstellungen
werden jetzt nicht mehr verändert; bis zum Ver-
such wird der Strom einfach durch Abziehen der
Kabel unterbrochen. Durch die aktive Strom-
begrenzung und die nicht Ohmsche Charakteristik
bleiben Spannung und Strom trotz Temperatur-
änderung während eines Versuchs nahezu konstant.
•
Wartung: Das Wärmeäquivalentgerät ist prinzipi-
ell wartungsfrei. Zur Reinigung kann es feucht (Was-
ser mit Spülmittel) abgewischt werden. Lösungsmit-
tel sollten nicht verwendet werden. Auch das Ein-
tauchen in Wasser ist zu vermeiden.
•
Die Reibzylinder sollen metallisch blank sein. Falls
sich ein Belag gebildet haben sollte, kann dieser
mit einem Metall-Putzmittel beseitigt werden.
•
Die Reibschnur kann ggf. gewaschen werden. Als
kostengünstige Ersatzschnur kann geflochtenes
Polyamidseil (z. B. Baumarkt) verwendet werden.
4. Versuchsdurchführung und Auswertung
4.1 Umwandlung mechanischer Arbeit in Wärme
4.1.1 Versuchsdurchführung
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Zuerst werden die verschiedenen Massen be-
stimmt:
Hauptgewicht (z. B. Eimer mit Wasser) m
H
= 5,22 kg
Gegengewicht (an Reibschnur) m
G
= 0,019 kg
Aluminiumzylinder m
A
= 0,249 kg
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Weitere Größen, die vorab gemessen werden soll-
ten:
Umgebungstemperatur T
U
= 23,2 °C
Durchmesser des Zylinders an der Reibfläche
D
R
= 45,75 mm
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Nach der Abkühlung des Reibzylinders wird die-
ser an den Träger geschraubt, der Temperatur-
fühler eingesteckt und die Reibschnur um den
Zylinder gelegt (vergl. Abschnitt 3). Nach ein paar
Minuten, die zur homogenen Temperatur-
verteilung verstreichen sollten, beträgt der Wider-