– een verwarmingselement om het water te kunnen opwarmen tot een bepaalde temperatuur
– een verwarmingselement om het water te kunnen opwarmen tot een bepaalde temperatuur.
– natuur klei
– Chronometer om de tijd te bepalen
– een bassin om het water in te doen
– 4 thermometers indien mogelijk die tot 100 graden Celsius gaan
– een lengte warmtegeleidend metaal om in de klei in te brengen
– een kleine 12V halogeenlamp die veel warmte afgeeft
– een blokje klei (10 cm X 10 cm X 10 cm)
– digitale thermometers
– een proefbuis rekje om het blokje op te laten rusten
– een stroombron
– 2 elektriciteit draden
– een chronometer
Ik wil de warmteoverdracht door geleiding (Wet van Fourier) binnen natuurlijke klei meten en berekenen. Hiertoe ga ik de warmteflux bepalen. Dit laat toe om te bepalen of Klei een betere of slechtere warmtegeleider is dan water.
Poging 1: Warmtebron is een metalen staaf, verwarmd door contact met verhit water
We vullen het bassin met de benodigde hoeveelheid water, vervolgens plaatsen we het verwarmingselement in het water en beginnen dit te verwarmen. Wanneer het water op de correcte temperatuur is brengen we het metaal in het water in zodanig dat de klei ver genoeg boven het water blijft. Vervolgens doen onze metingen voor de nul-waarden.
Poging 2: warmtebron is een 12V halogeenlampje
De warmtebron die moet instaan voor de verwarming van de klei wordt is aangepast naar een 12V halogeenlampje dat volledig in de bodem van de kleiblok ingebracht werd.
Voor beide pogingen: We nemen een kubus met het benodigde volume van de klei (10 cm X 10 cm X 10 cm) en plaatsen de warmtebron 1 cm diep in de bodem van het kleiblok. Aan de zijkant van het kleiblok plaatsen we 3 thermometers op gelijke afstand van elkaar.
Van zodra de warming start lezen we periodiek – om de 10 min – de temperatuur af op elk van de thermometers noteren die. Van zodra de temperatuur die op een thermometer afgelezen wordt gelijk blijft veronderstellen we dat een stabiele geleidingsflux bereikt is en kunnen we het experiment stoppen
Bij een herhaalde uitvoer van de proef steeg de temperatuur in de kleimassa telkens te traag waardoor de temperatuur van de klei niet stabiel was over de gehele massa. Hierdoor kon ik geen thermodynamische berekening uitvoeren.
Reden: De warmteoverdracht van het verwarmde water doorheen het metaal naar de klei is niet efficiënt.
Rekening houdende met deze vaststelling heb ik de proefopstelling geoptimaliseerd en de werd proef werd succesvol uitgevoerd zoals bovenstaand beschreven onder hoofdstuk 7.4.1
Het experiment is niet gelukt aangezien de volumes klei die gebruikt werden te groot waren. Dit resulteerde in een te trage stijging van de temperatuur waarden waardoor ik onvoldoende gegevens heb om dit te laten tellen als een representatieve proef. Ik zal het experiment moeten aanpassen en uitvoeren maar dan met kleinere klei volumes. Door deze experimentele problemen heb ik ook besloten dat het aangewezen is om de warmtegeleidingscoëfficiënt te berekenen in plaats van de geleidingsflux. Het experiment wordt aangepast en verder uitgewerkt onder experimentele vraag 7.4.1.
