| Abstract: | V tem delu smo se odločili izdelati eksperiment, s pomočjo katerega bi lahko določili toplotne lastnosti neznanega materiala, in sicer natančneje toplotno prevodnost in specifično toploto. Eksperiment je bil zasnovan na podlagi prevoda toplote skozi tri zaporedno sestavljene stene. Razdelili smo ga na tri osnovne dele: glavno telo z merjencem, ki je bilo sestavljeno iz treh tako imenovanih sten, grelca in ohišja, ki pa je sestavljeno iz izolacije in lesenega ogrodja. Zaporedno sestavljene stene smo razdelili na tri materiale (M1, M2 in M3), kjer sta M1 in M3 materiala z znanimi toplotnimi lastnostmi, M2 (merjenec) pa je material z neznanimi toplotnimi lastnostmi. Na M1 je pritrjen grelnik, ki dovaja toploto v eksperiment; vse ostale strani eksperimentalnega telesa so obdane z ohišjem, kjer izolacija preprečuje izgube toplote v okolico. Dovedena toplota v eksperiment povzroči dvig temperature v glavnem telesu. Spreminjanje temperature znotraj eksperimenta merimo z dvema termočlenoma, ki sta v središču M1 in M3.
Prav tako je bil eksperiment zasnovan na ideji podpore eksperimenta z numeričnim modelom. Numerični model smo uporabili za posredno iskanje toplotnih materialnih lastnosti, kjer numerični model s pomočjo optimizacijskega algoritma išče pravilne vrednosti materialnih toplotnih lastnosti tako, da primerja časovno odvisni potek temperatur v M1 in M3 z eksperimentom.
Eksperiment smo izvedli za dva materiala, ki smo jih izbrali na podlagi njunih vrednosti toplotnih prevodnosti. Prvi material je bil aluminij; njegova toplotna prevodnost je visoka. Za drugi material pa smo izbrali plastični material, katerega toplotna prevodnost je majhna, natančneje poli(metil metakrilat) oziroma PMMA.
Določitev neznanih vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote nam je uspela samo v primeru aluminija.
Uspeha določitve neznanih vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote v primeru PMMA ni bilo. Želenega rezultata v primeru PMMA nismo dobili, ker je eksperiment, kot smo si ga zastavili, neprimeren za iskanje vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote PMMA. Do težav je prišlo predvsem zaradi časovnega trajanja eksperimenta; toplota je zato imela čas prehajati iz glavnega telesa eksperimenta v izolacijo. Vpliv izolacije je bil tako zelo velik, sploh če upoštevamo dejstvo, da je PMMA v eksperimentu imel majhno maso. Mase komponent v eksperimentu so tako glavni razlog, zakaj so bile v primeru PMMA težave. Masa PMMA v eksperimentu je bila dovolj majhna, da akumulirana toplota znotraj PMMA praktično ni vplivala na rezultat numerične rešitve.
Menimo, da lahko eksperiment, kot smo si ga prvotno zastavili, najde želene toplotne lastnosti, vendar je za to potrebno eksperiment optimizirati. Eksperiment se načeloma lahko optimizira na dva načina. Prvi način je študija vpliva izolacije in toplotnih upornosti, ki vplivajo na eksperimentalno telo. V primeru izbire te smeri optimizacije lahko iz eksperimenta izključimo še termalno pasto, kar nam da dodatno neznanko, ki jo s pomočjo optimizacije lahko poiščemo. Pomembno pa se je zavedati, da bi za optimizacijo porabili veliko računskega časa. Drugi način optimiziranja eksperimenta pa lahko gre v smeri popolne izključitve nepotrebnih materialov iz eksperimenta, kar pomeni, da bi glavno eksperimentalno telo zaprli v vakuumski prostor. S tem pristopom tako popolnoma izključimo toplotne upornosti in hkrati dobimo eksperiment, ki je teoretično opisljiv z 1D numeričnim modelom. |
|---|
