实验十六 测定固体导热系数

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3、态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量，在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。一实验目的1用稳态法测定不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。2用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。二实验原理根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为、温度分别为、的平行平面（设＞），若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足下述表达式：(1)式中为热流量，即为该物质的热导率（又称作导热系数）。在数值上等于相距单位长度的两平面的温

4、度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W/m.K。本实验仪器如图14-1所示。在支架D上先放置散热盘P，在散热盘P的上面放上待测样品B（圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A、P盘都是良导体，其温度可以代表B盘上、下表面的温度、，、分别由插入A、P盘边缘小孔热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过双刀双掷开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表F的连接回路。由式(1)可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为：(2)式中为样品的半径，为样品的厚度，

5、当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过B盘上表面的热流量与由铜盘P向周围散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的、后，即可将B盘移去，而使盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的值若干摄氏度后，再将圆盘A移开，让铜盘P自然冷却。观察其温度随时间的变化情况，然后由此求出铜盘在的冷却速率,而(为铜盘P的质量，c为铜材的比热容)，就是铜盘P在温度为时的散热速率。但要注意，这样求出的是铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为（其中分别为铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时

6、，P盘的上表面（面积为）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正：(3)将式(3)代入式(2)，得：(4)三实验仪器导热系数测定仪，杜瓦瓶，游标卡尺，时钟。四实验内容1.测量不良导热体（硅橡胶材料）的导热系数（1）把硅橡胶盘放入加热盘A和散热盘P之间，调节散热盘P下方的三颗螺丝，使得硅橡胶盘B与加热盘A和散热盘P紧密接触，必要时涂上导热硅胶以保证接触良好。（2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，热端分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔中，并分别将热电偶的接线连接到导热系数测定仪的传感器Ⅰ、

7、Ⅱ上。（3）接通电源，将加热开关置于高档，当传感器Ⅰ的温度约为4.2mV时，再将加热开关置于低档，约40min。（4）待达到稳态时（与的数值在10min内的变化小于0.03mV），再每隔2min记录和的值。（5）测量散热盘P在稳态值附近的散热速率：移开加热盘A，取下硅橡胶盘，并使加热盘A与散热盘P直接接触，当散热盘P的温度上升到高于稳态的值约0.2mV左右时，再将加热盘A移开，让散热盘P自然冷却，每隔30s记录此时的值。（6）用游标卡尺测量硅橡胶盘的直径和厚度，各5次。（7）记录散热盘P的直径、厚度、质量。注：由于热电偶冷端温度为0℃，所以当温度变化范围不太大时