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stand des Temperaturfühlers R
sprechend T
= 14,60 °C nach Gl. 1).
1
•
Nach Kontrolle der Nullstellung des Zählers wird
der Versuch gestartet, indem die Kurbel gedreht
und dadurch das Hauptgewicht vom Boden ab-
gehoben wird. Jetzt senkt sich das Gegengewicht
auf den Boden, wodurch die Reibschnur leicht
entspannt wird und etwas weniger auf dem Zy-
linder reibt. Das Hauptgewicht hält jetzt seine
Höhe und sollte diese während des ganzen Ver-
suchs beibehalten.
•
Nach n = 460 Umdrehungen wird der Versuch
beendet und der Widerstandswert abgelesen:
R
= 3,99 kΩ (T
= 30,26 °C). Da die Temperatur
2
2
direkt nach Versuchsende noch kurz ansteigt
(Homogenisierung der Temperaturverteilung),
wird als Messwert der Minimalwert des Widerstan-
des notiert, der einige Sekunden nach Versuchs-
ende erreicht ist. Danach steigt der Widerstand
wieder an, da durch Wärmetausch mit der Umge-
bung die Temperatur des Zylinders fällt.
4.1.2 Versuchsauswertung
•
Arbeit W ist definiert als das Produkt von Kraft F
und Weg s
W = Fs
•
Bei der Reibung wirkt die Kraft
F = m
g
A
(g ist die Erdbeschleunigung) entlang des Weges
s = F n π D
r
•
Einsetzen der Gln. 3 und 4 in 2 liefert:
gn π D
W = m
= 5,22 x 9,81
A
R
x 460 x 3,1416 x 0,04575Nm = 3386Nm (5)
•
Die im Reibzylinder gespeicherte Wärme ∆Q er-
gibt sich aus der der Temperaturdifferenz (T
und der in Abschnitt 2 angegebenen spezifischen
Wärmekapazität zu:
∆Q = c
m
(T
– T
) = 0,86 x 0,249
A
A
2
1
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353 J
•
In diesem Beispiel beträgt die Abweichung zwi-
schen mechanischer Arbeit und Wärme nur etwa
Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur beim Temperaturfühler
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
R R R R R / k
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
7,86
14,97
6,78
7,84
15,03
6,76
7,82
15,08
6,74
7,80
15,14
6,72
7,78
15,19
6,70
7,76
15,25
6,68
7,74
15,31
6,66
7,72
15,36
6,64
7,70
15,42
6,62
7,68
15,47
6,60
= 8,00 kΩ (ent-
1
(2)
(3)
(4)
– T
2
1
(6)
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
/ k
/ k
/ k
18,19
5,70
18,26
5,68
18,32
5,66
18,39
5,64
18,45
5,62
18,52
5,60
18,58
5,58
18,65
5,56
18,72
5,54
18,78
5,52
1%. Durch unvermeidbare Toleranzen in der Mate-
rial-zusammensetzung (reines Aluminium ist sehr
weich und lässt sich mechanisch kaum bearbeiten,
weshalb immer Legierungen zum Einsatz kommen)
kann die spezifische Wärmekapazität jedoch merk-
lich schwanken. Sie sollte individuell für jeden Reib-
zylinder bestimmt werden. Dies ist am einfachs-
ten durch elektrische Beheizung und unter Voraus-
setzung der Äquivalenz von Wärme und elektrischer
Energie durchführbar.
4.2 Umwandlung elektrischer Energie in Wärme
4.2.1 Versuchsdurchführung
•
Nach der Abkühlung des Reibzylinders wird dieser
an den Träger geschraubt (gleiche Versuchsbedin-
gungen wie beim Reibungsversuch) und der
Temperaturfühler eingesteckt. Nach ein paar Minu-
ten, die zur homogenen Temperaturverteilung ver-
streichen sollten, beträgt der Widerstand des
Temperaturfühlers R
T
= 14,60 °C nach Gl. 1).
1
•
Jetzt wird das vorab eingestellte Netzgerät (siehe
Abschnitt 3) an das Heizelement angeschlossen
und eine Stoppuhr gestartet. Spannung und Strom
(Anzeige am Netzgerät) werden notiert:
U = 11,0 V , Ι = 0,510 A
•
Nach t = 600 s wird der Versuch beendet und der
Widerstandswert abgelesen:
R
= 3,98 kΩ (T
2
4.2.2 Versuchsauswertung
•
Die elektrische Energie E ist das Produkt aus Leis-
tung P und Zeit t. Die Leistung wiederum ist das
Produkt aus Spannung und Strom. Demnach gilt:
E U T
=
= 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws
I
)
•
In diesem Versuch beträgt die zugeführte Wärme
∆Q = c
m
(T
A
A
x (30,32 – 14,60) kJ = 3366 J
•
Auch hier ist die Übereinstimmung zwischen E und
∆Q sehr gut.
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
22,05
4,62
22,13
4,60
22,21
4,58
22,29
4,56
22,37
4,54
22,45
4,52
22,53
4,50
22,61
4,48
22,69
4,46
22,77
4,44
3
= 8,00 kΩ (entsprechend
1
= 30,32 °C).
2
– T
) = 0,86 x 0,249
2
1
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
26,84
3,54
26,94
3,52
27,04
3,50
27,14
3,48
27,24
3,46
27,35
3,44
27,45
3,42
27,55
3,40
27,66
3,38
27,76
3,36
(7)
(8)
T T T T T / / / / / °C C C C C
33,10
33,24
33,38
33,51
33,65
33,79
33,93
34,07
34,22
34,36
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