利用熱對流效應自製風速計

王廷安 蔡子薇、曾映舫、胡芯綾
國立台灣大學
polly.60623@gmail.com
「領域:電磁學」
「領域:熱與統計物理」
「領域:實驗方法與技能」
「對象:大一」
「類型一:教案」
「類型二:實驗-學生成果」
摘要內容
目的:了解電流熱效應、熱對流效應與風速之關係並學習建立預測模型。
原理:
1. 熱對流公式 -dQ/dt=hA(Ts-Tf) 其中 h 為熱對流係數、A 為接觸面積、Ts 與 Tf 分別為物體溫度與空氣溫度。
2. 金屬電阻,R=R0 [1+ α (Ts-T0)] , α為電阻溫度係數。
3. 假定風速(v)和熱對流係數有關h=a+bv^c,則可預測平衡公式(a+bv^c )=(I^2 R)\/(A(Ts-Tf)),藉由已知風速測量可得係數a、b、c,便可使用此平衡公式測量未知風速。
器材:鎳鉻金屬導線、風扇、參考用風速計、電源供應器、三用電表、碼表
實驗步驟:選定一固定電流(2、2.25、2.5、2.75、3A),先調整風扇使風速穩定並暫時用擋板遮蔽,再開啟電源同時移開擋板觀察並測量平衡電壓。
實驗預期結果:可發現在同電流下風速和平衡電壓約呈現線性關係,且改變不同測量電流時此線性關係相同。
自製風速計實用性:使用平衡公式預測不同風扇的未知風速與參考風速計誤差約在±5%。

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