导热系数的测定

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1、注意：座位号为单号的预习《讲义一》，座位号为双号的预习《讲义二》讲义一：导热系数的测定【实验目的】1、感知热传导现象的物理过程；2、学习用稳态法测量不良导体的导热系数；3、学习利用物体的散热速率测量传热速率。【实验仪器及装置】FD-TC-B型导热系数测定仪、游标卡尺及电子天平等【实验原理】图（一）1、傅立叶热传导方程傅立叶热传导方程正确的反映了材料内部的热传导的基本规律。该方程式指出：在物体内部，垂直于热传导方向彼此相距，温度分别是>的两个平行平面之间，当平面的面积为S时，在时间内通过面积S的热量满足关系：（1）其为单位时间传过的热量（又称热流

2、量），与为导热系数（又称热导率）、传热面积、距离以及温差有关。而的物理意义为：相距单位长度的两个平面间的温度相差一个单位时，每秒通过单位面积的热量，单位为。不良导体的导热系数一般很小，例如，矿渣棉为0.058，石棉板为0.12，松木为0.15～0.35，混凝土板为0.87，红砖为0.19，橡胶为0.22等。良导体的导热系数通常比较大，约为不良导体的倍，如铜为4.0×。以上各量单位是。C.加热铜盘B.待测样品P.散热铜盘图（二）2、稳态温度和热流量的测量（1）稳态温度测量如图（二）所示，当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度不变，这时可以认为加

3、热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热注意：座位号为单号的预习《讲义一》，座位号为双号的预习《讲义二》速率相等。因此可以通过散热盘P在稳态温度时的散热速率来求出通过样品传递的热流量。（2）热流量的测量当测得稳态时的样品上下表面温度和后，将样品B抽去，让加热盘C与散热盘P接触，使散热盘的温度上升高到其稳态时的5℃以上，再移开加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间t的下降情况，便可求出散热盘在其稳态处的冷却速率，则散热盘P在时的散热速率为：（2）其中m为散热盘P的质量，c为其比热容。在达到稳态的过程中，P盘的上表面并未暴

4、露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘P的散热速率的表达式应作面积的修正：（3）其中为散热盘P的半径，为其厚度。由（1）式和（3）式可得：（4）（5）【实验内容】1、测量散热盘的质量m、半径、厚度，样品盘的直径、厚度。2、组装仪器测量温度数据（1）松开固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘和散热盘之间，橡皮样品盘要求与加热盘、散热盘完全对准；调节底部的三个微调螺丝，使加热盘、样品盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松；（2）将2根温度传感器的连接线一端与机壳连接，另一端插入加热盘和散热盘小孔，要求传感器探头完全插入小孔中

5、，以确保温度注意：座位号为单号的预习《讲义一》，座位号为双号的预习《讲义二》传感器与加热盘和散热盘接触良好。（注意：加热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不可互换）（3）开启导热系数测定仪电源，左边表头首先显示FDHC,然后显示当前温度，当转换至b==.=,按实验仪上升温键左边表显示由b00.0可上升到b80.0摄氏度。一般设定75～80℃较为适宜。设置完成后按“确定”键，加热指示灯闪亮，加热盘即开始加热。此时左边显示加热盘温度，右边显示散热盘的温度。（4）加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，并每隔3分钟记录一次。若连续10分钟

6、或更长的时间内散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。记录加热盘稳态温度和散热盘稳态温度。（5）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好。再设定温度到80℃，直接给散热盘加热，使散热盘温度上升到高于稳态时的温度值5℃左右。移去加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，并每隔20秒记录一次散热盘的温度示值，直至低于其稳态温度以下的5组数据为止。作出冷却曲线，由邻近值的温度数据计算冷却速率。（7）根据测量得到的稳态时的温度值和，以及在温度时的冷却速率，由公式（5），计算不良导体样品的导热系数。【数据记录与处理】表一散热盘

7、P：质量m=(Kg)；（散热盘比热容（紫铜）：）次数123456直径厚度半径(cm)；厚(cm)表二橡皮盘B：次数123456直径厚度直径(cm)；厚(cm)表三测量稳态温度（加热盘温度设定℃）时间（min）036912151821温度(℃)注意：座位号为单号的预习《讲义一》，座位号为双号的预习《讲义二》稳态时散热盘温度值℃表四散热盘自然冷却时温度记录时间（s）020406080100120140160温度(℃)时间（s）180200220240260280300320340温度(℃)散热盘冷却速率=℃/s（保留三位有效数字）要求写出计算过程，

8、并在坐标纸上画出散热盘冷却曲线！修正系数=导热系数==（三位有效数字）要求代入数据写出计算过程，并计算出最终结果！【思考题】1、用稳态法是否可以测量良