Lämpölaajenemislaitteiston modernisointi

Abstract

Insinöörityön lähtökohtana oli suunnitella ja kehittää fysiikan laboratoriotyökurssilla käytettävää mittalaitetta, jolla tutkitaan lämpölaajenemisilmiötä. Vanhassa laitteessa on kolme eri materiaalista valmistettua ympäristöstä lämpöeristettyä putkea. Putkia lämmitetään vesijohtovedellä. Aluksi putkien läpi johdetaan mahdollisimman kylmää vettä ja sen jälkeen mahdollisimman kuumaa. Lämpötilaero mitataan termojännitteen avulla ja lämpölaajeneminen mittakellon avulla. Tällä menetelmällä putkia on mahdollista lämmittää maksimissaan n. 40-50 °C. Putket ovat aivan liian lyhyitä, joten niiden lämpölaajeminen jää maksimissaan alle 1 mm:n. Lämpölaajeneminen on siis koemateriaaleilla vähäistä ja mit-tausvirheiden vaikutus suhteellisen suuri. Lisäksi mittakellon kiinnitysmekanismi mahdol-listaa mittakellon rikkoutumisen. Työn lähtökohtana oli se, että opiskelijoiden tekemät putkien lämpötilakertoimien määritykset epäonnistuivat liian usein. Lämpölaajenemislaitetta kehitettiin muuttamalla putkien lämmitys sähkövastuksella tapahtuvaksi. Näin mahdollistui jopa 150 °C:n lämpötilaeron saavuttaminen. Laitesuunnittelussa 710 mm putki korvattiin 1090 mm putkella ja mittakellon kiinnitysmekanismi uusittiin. Lisäksi huomattiin että putkea ei tarvitse lämpöeristää.