Wärmebox Typ TMJT FB Projektmanagement Ergebnispräsentation Gruppe 1

Transkript

1 Wärmebox Typ TMJT 2012 FB Projektmanagement Ergebnispräsentation Gruppe 1

2 Ziele 1) Prototyp zur vergleichenden Messung der Wärmeleitfähigkeit von Feststoffen 2) Unter 25 Euro und mit Werkzeugen des NWT-Raums 3) Nutzerfreundlich (Fünf Messungen pro Unterrichtsstunde) 4) Test mit drei verschiedenen Materialien

3 Theoretischer Hintergrund Wärmeleitfähigkeit λ Einheit: W/m٠K Wieviel Watt werden durch einen 1m langen Probekörper pro Kelvin Temperaturunterschied transportiert? Wärmeleitwert G th =λ٠a/d Wieviel Watt wandern durch einen Gegenstand bestimmter Größe?

4 Anwendung in der Schule Intuitiv klar: Je dicker desto besser isoliert ein Stoff G th =λ٠a/d I th =G th ٠ΔT Analogie: Spannung, Stromstärke, Leitfähigkeit Wärmestrom = Leitfähigkeit * Temperaturunterschied Interessant: Wieviel geht bei gleicher Dicke, Fläche und Temperaturunterschied verloren?

5 Modell ZIEL 1

6 Materialien und Kostenanalyse Bau: OSB-Platte, Styropor, Weißblechdosen, Silikon, Kosten pro Box: Ca. 15 Euro ZIEL 2 Handwerkliche Fähigkeiten: Bohren, Fügen (Schrauben, nageln und leimen), Holzbauteile sind vorgefertigt ZIEL 3

7 Temperatur [ C] Funktionstest Probemessung mit verschiedenen Materialien 39 Aluminium Kunststoff dünn 34 Styropor Holz mit Luft 29 Linear (Styropor) Linear (Holz) 24 Linear () Zeit [min] ZIEL 4

8 Bauanleitung für das Wärmeleitfähigkeitsmessgerät TMJT-2012 Therese Engel, Tobias Beck, Martin Stroh, Jörg von Busekist NWT-Fortbildung Adelsheim, Material: 2 Metalldosen (möglichst unterschiedlicher Dicke, aber gleicher Breite), Styroporplatten, Holzplatten, Leim/Nägel, Silikon, Thermometer Bauanleitung: 1. Teste, ob die Metalldosen wasserdicht sind. Falls dies nicht der Fall sein sollte, dann benutze das Silikon, um die Fugen abzudichten. 2. Säge aus der Holzplatte Bodenplatte, Seitenwände und Deckel in passender Größe aus. 3. Säge aus der Styroporplatte Stücke in passender Größe für die Innenauskleidung der Box aus. 4. Setze die Holzplatten zu einer Box zusammen (kleben/nageln) und kleide diese mit den passenden Stücken Styroporplatte aus, entsprechend der Abbildung. 5. Baue aus der Deckelplatte und einem Stück Styroporplatte einen Deckel für die Box. Bohre ein entsprechendes Loch in den Deckel, um später mit einem Thermometer die Temperatur in Metalldose 2 messen zu können. Zu Beginn: Wasser bei Raumtemperatur Zu Beginn: Kochendes Wasser Styropor Styropor Holzbox Behälter 1 Behälter 2 Position des Thermometers Zu überprüfendes Material (unterschiedlicher Dicke)

9 6. Erstelle für jede Metalldose aus Styropor einen passenden Deckel. In einem der Deckel sollte sich ein passendes Loch für das Einführen eines Thermometers befinden. Das Loch sollte zum Loch im Deckel der Box passen und gerade so groß sein, das das Thermometer hindurch passt. 7. Schneide passende Styroporstücke als Keile für den Innenraum zurecht. Damit werden später die Metalldosen und das zu überprüfende Material zusammengedrückt, indem sie in den verbleibenden Zwischenraum gesteckt werden. 8. Setze die Metalldosen und die Styroporkeile in die Box, so dass zwischen den Dosen Platz für das zu testende Werkstück bleibt. Metalldose 1 sollte möglichst die dickere (voluminösere) Dose sein. Durchführung einer Messung Leere beide Behälter, falls noch mit Wasser gefüllt, und kühle sie unter fließendem Wasser bis sie ungefähr Raumtemperatur besitzen. Setze sie dann wieder in die Box ein. Fülle den Behälter 2 mit Leitungswasser (Hahntemperatur) und verschließe ihn mit dem passenden Deckel. Setze das zu überprüfende Material zwischen den Behältern ein. Schiebe den Behälter 1 so nah wie möglich an das zu überprüfende Material, so dass dieses zwischen beiden Behältern eingeklemmt wird. Setze im restlichen freien Raum der Box (Außenseite von Behälter 1) entsprechend Styroporstücke ein, so dass dadurch beide Behälter fest gegen das zu überprüfende Material gedrückt werden. Schließe den Deckel, stecke den Temperaturfühler durch das Loch und miss die Anfangstemperatur in Behälter 2. Warte, bis ein konstanter Wert erreicht ist. Nimm den Deckel und das Thermometer wieder ab. Start der Messung (das Folgende sollte möglichst schnell nacheinander passieren): Bringe Wasser zum Kochen und fülle dieses in den Behälter 1. Verschließe den Behälter 1 schnell mit dem passenden Deckel und die ganze Box mit dem Boxdeckel. Stecke das Thermometer von außen durch den Deckel in Behälter 2 und starte die Zeitmessung. Beende die Zeitmessung nach 5 Minuten und notiere dir die in Behälter 2 erreichte Temperatur. Führe diese Messung bei allen vorhandenen Materialien durch und vergleiche die erhaltenen Temperaturdifferenzen. Beispielbau Material: 2 Metalldosen: 16 cm x 10 cm x 6 cm Styroporplatte: Dicke 4 cm Holzplatte (OSB): 1,2 cm Thermometer Silikon Leim, Nägel Werkzeug: Winkelmesser Stift Säge Styroporschneider Hammer Zwingen