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不良导体热导率的测量

'不良导体热导率的测量'
不良导体热导率的测定 Determination of thermal conductivity for poor conductor 物理实验中心 邱春蓉实验目的:1.学习和掌握材料热导率测量的 一种方法。2.进一步掌握用逐差法进行数据处理。 实验仪器: 热导率测量仪、温度测量仪实验原理 1 ? 热导率是表示物质热传导性质的物理量。 热导率高的物质为良好的导热体, 简称良导热体,否则为不良导热体。 常见的三种热传递方式: 热传导 对流 热辐射 稳定法测定热导率原 理图假定温度T1 > T2,热流量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多,随着时间的增加,被测物体各处热流量的差别会越来越小,直到时间足够长时,系统达到稳恒状态(流过被测物体所有截面上的热流量应当相同)。 3 t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1在不同的时间被测物体内的温度分布曲线 2 稳恒状态可用公式表示为: ? Q ? S (T ? T ) ? A 2 1 ? t L A ?Q其中, :单位时间内流动的热流量 ?t ?: 被测物体的热导率 : 被测物体截面面积 SA : 被测物体的长度 LA 4 稳恒状态时,流入物体2(散热盘)的热流量速度应等于其散热速度,有: ?Q ?T ? mc ?t ?t 式中,?T: 物体2上的温度变化量 ; ?T : 单位时间内的温度变化,称为散热速率; ?t m: 物体2的质量; c: 物体2材料的比热值。 (2)由于物体2的实际散热面积小于全表面面积,所以公式应改为: ?Q ?T S ' ? mc ? ?t ?t S式中,S?:物体2的实际散热面积 S:全表面面积 5 ?Q ?S (T ?T ) ?Q ?T S'联立 ? A 2 1 和 ? mc ? ?t LA ?t ?t S整理得到: ?T S' 1 L ? ? ? ? ? A mc ? t S (T2 ?T1) SA ?T式中: 和(T ?T )为待测量, ?t 2 1 其余量为常量或由几何尺寸决定。最终计算公式 ?T ? R2 ? 2? R L 1 L ? ? ? B B B ? ? A mc 2 2 ?t 2? RB ? 2? RB LB (T2 ?T1) ? RA 0.5R ? L ?T 1 L ? B B ? ? ? A mc 2 RB ? LB ?t ?T2 ?T1 ? ? RA 其中, 被测物体的半径和高度 RA , LA: 散热盘的半径和高度 RB , LB: 热导率测定仪结构图 电源插座 11 罩盖 1 立柱 9 导向座 2 托盘 3 加热盘 4 被测物体 5 定位座 11 散热盘 6 支架盘 7 底座 8实验原理 不同材料测量示意图 6 不良导热体测量示意图 良导热体测量示意图 1. 加热器 2. 加热盘 1. 加热器 2. 加热盘 3. 被测试件 4. 散热盘 3. 保温层 4. 被测试件 5,6 热电偶(至测温仪) 5. 散热盘 6. 热电偶(至测温仪)热导率测定仪加热与散热仪器照片 被测试样 温度测量仪 实验内容——稳恒态的测量? 稳恒状态实际上是一个相对的概念( t ≠ ∞ ) ? 加热电压值为交流60 ~ 80V(通过仪器面板设置) ? 每隔3分钟记录一次T2、 T1 ,在加热时间超过一小 时后,连续三次测量值T2 - T1不变,即可认为达 到稳恒态为止。加热盘T1 散热盘T2 温度差 ( 0C ) ( 0C ) ( 0C ) 60.8 30.5 30.3 61.0 30.6 30.4 61.1 30.7 30.4 61.2 30.8 30.4 实验内容——散热速率的测量? 对散热盘直接加热,散热盘温度升高3~5度 即可停止加热;? 每隔20秒记录一次散热盘的温度,直到被测 温度低于平衡点时散热盘温度2-3度时结束 测量。? 取稳恒态时散热盘的温度前、后各10组数 据,用逐差法求“散热速率”。 平衡点前温度 平衡点温度 平衡点后温度 (0C) ( 0C ) ( 0C ) T1 30.8 T11 =30.7 T2 T12 T3 T13 T4 T14 T5 T15 T6 T16 T7 T17 T8 T18 T9 T19 T10 =30.9 T20 数据处理要求1. 加热过程(得到稳恒态): 每隔3分钟记录一次加热盘温度T2 和散热 盘温度T1 的值,计算T2 – T1 ,填入表1, 当有三个温度差连续不变时,就达到了稳 恒态。2. 散热速率的测量: 每隔20秒测量并记录物质2,取平衡点前、 后各10个数据,用逐差法求其温度变化率 (注意列表)。 注意事项– 在移动加热盘时,应先切断加热电压后再 移动加热盘(按一下加热按钮,红灯灭为停 止加热,即加热盘断电。)。– 加热盘上温度较高,移动时应注意安全。– “散热盘”的背面有一个较浅的圆槽,安 放时,三个螺丝尖部应置于槽内。– 取放“散热盘”时应注意轻拿轻放,避免 将“散热盘”掉在地上摔变形。– 安放热电偶时,应将热电偶插入到底,切勿, 弯折导线,以免损坏。– 如已加热后实验失败,需要重做时,先将 “散热盘”取下,放在仪器的底板上,约几 分钟后“散热盘”上的热量会被底板吸 收,然后再重做。– 调平螺丝上设有锁紧螺母,调平后应锁紧 定位。 不良导体热导率的测定 Determination of thermal conductivity for poor conductor 物理实验中心 邱春蓉实验目的:1.学习和掌握材料热导率测量的 一种方法。2.进一步掌握用逐差法进行数据处理。 实验仪器: 热导率测量仪、温度测量仪实验原理 1 ? 热导率是表示物质热传导性质的物理量。 热导率高的物质为良好的导热体, 简称良导热体,否则为不良导热体。 常见的三种热传递方式: 热传导 对流 热辐射 稳定法测定热导率原 理图假定温度T1 > T2,热流量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多,随着时间的增加,被测物体各处热流量的差别会越来越小,直到时间足够长时,系统达到稳恒状态(流过被测物体所有截面上的热流量应当相同)。 3 t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1在不同的时间被测物体内的温度分布曲线 2 稳恒状态可用公式表示为: ? Q ? S (T ? T ) ? A 2 1 ? t L A ?Q其中, :单位时间内流动的热流量 ?t ?: 被测物体的热导率 : 被测物体截面面积 SA : 被测物体的长度 LA 4 稳恒状态时,流入物体2(散热盘)的热流量速度应等于其散热速度,有: ?Q ?T ? mc ?t ?t 式中,?T: 物体2上的温度变化量 ; ?T : 单位时间内的温度变化,称为散热速率; ?t m: 物体2的质量; c: 物体2材料的比热值。 (2)由于物体2的实际散热面积小于全表面面积,所以公式应改为: ?Q ?T S ' ? mc ? ?t ?t S式中,S?:物体2的实际散热面积 S:全表面面积 5 ?Q ?S (T ?T ) ?Q ?T S'联立 ? A 2 1 和 ? mc ? ?t LA ?t ?t S整理得到: ?T S' 1 L ? ? ? ? ? A mc ? t S (T2 ?T1) SA ?T式中: 和(T ?T )为待测量, ?t 2 1 其余量为常量或由几何尺寸决定。最终计算公式 ?T ? R2 ? 2? R L 1 L ? ? ? B B B ? ? A mc 2 2 ?t 2? RB ? 2? RB LB (T2 ?T1) ? RA 0.5R ? L ?T 1 L ? B B ? ? ? A mc 2 RB ? LB ?t ?T2 ?T1 ? ? RA 其中, 被测物体的半径和高度 RA , LA: 散热盘的半径和高度 RB , LB: 热导率测定仪结构图 电源插座 11 罩盖 1 立柱 9 导向座 2 托盘 3 加热盘 4 被测物体 5 定位座 11 散热盘 6 支架盘 7 底座 8实验原理 不同材料测量示意图 6 不良导热体测量示意图 良导热体测量示意图 1. 加热器 2. 加热盘 1. 加热器 2. 加热盘 3. 被测试件 4. 散热盘 3. 保温层 4. 被测试件 5,6 热电偶(至测温仪) 5. 散热盘 6. 热电偶(至测温仪)热导率测定仪加热与散热仪器照片 被测试样 温度测量仪 实验内容——稳恒态的测量? 稳恒状态实际上是一个相对的概念( t ≠ ∞ ) ? 加热电压值为交流60 ~ 80V(通过仪器面板设置) ? 每隔3分钟记录一次T2、 T1 ,在加热时间超过一小 时后,连续三次测量值T2 - T1不变,即可认为达 到稳恒态为止。加热盘T1 散热盘T2 温度差 ( 0C ) ( 0C ) ( 0C ) 60.8 30.5 30.3 61.0 30.6 30.4 61.1 30.7 30.4 61.2 30.8 30.4 实验内容——散热速率的测量? 对散热盘直接加热,散热盘温度升高3~5度 即可停止加热;? 每隔20秒记录一次散热盘的温度,直到被测 温度低于平衡点时散热盘温度2-3度时结束 测量。? 取稳恒态时散热盘的温度前、后各10组数 据,用逐差法求“散热速率”。 平衡点前温度 平衡点温度 平衡点后温度 (0C) ( 0C ) ( 0C ) T1 30.8 T11 =30.7 T2 T12 T3 T13 T4 T14 T5 T15 T6 T16 T7 T17 T8 T18 T9 T19 T10 =30.9 T20 数据处理要求1. 加热过程(得到稳恒态): 每隔3分钟记录一次加热盘温度T2 和散热 盘温度T1 的值,计算T2 – T1 ,填入表1, 当有三个温度差连续不变时,就达到了稳 恒态。2. 散热速率的测量: 每隔20秒测量并记录物质2,取平衡点前、 后各10个数据,用逐差法求其温度变化率 (注意列表)。 注意事项– 在移动加热盘时,应先切断加热电压后再 移动加热盘(按一下加热按钮,红灯灭为停 止加热,即加热盘断电。)。– 加热盘上温度较高,移动时应注意安全。– “散热盘”的背面有一个较浅的圆槽,安 放时,三个螺丝尖部应置于槽内。– 取放“散热盘”时应注意轻拿轻放,避免 将“散热盘”掉在地上摔变形。– 安放热电偶时,应将热电偶插入到底,切勿, 弯折导线,以免损坏。– 如已加热后实验失败,需要重做时,先将 “散热盘”取下,放在仪器的底板上,约几 分钟后“散热盘”上的热量会被底板吸 收,然后再重做。– 调平螺丝上设有锁紧螺母,调平后应锁紧 定位。 不良导体热导率的测定 Determination of thermal conductivity for poor conductor 物理实验中心 邱春蓉实验目的:1.学习和掌握材料热导率测量的 一种方法。2.进一步掌握用逐差法进行数据处理。 实验仪器: 热导率测量仪、温度测量仪实验原理 1 ? 热导率是表示物质热传导性质的物理量。 热导率高的物质为良好的导热体, 简称良导热体,否则为不良导热体。 常见的三种热传递方式: 热传导 对流 热辐射 稳定法测定热导率原 理图假定温度T1 > T2,热流量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多,随着时间的增加,被测物体各处热流量的差别会越来越小,直到时间足够长时,系统达到稳恒状态(流过被测物体所有截面上的热流量应当相同)。 3 t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1在不同的时间被测物体内的温度分布曲线 2 稳恒状态可用公式表示为: ? Q ? S (T ? T ) ? A 2 1 ? t L A ?Q其中, :单位时间内流动的热流量 ?t ?: 被测物体的热导率 : 被测物体截面面积 SA : 被测物体的长度 LA 4 稳恒状态时,流入物体2(散热盘)的热流量速度应等于其散热速度,有: ?Q ?T ? mc ?t ?t 式中,?T: 物体2上的温度变化量 ; ?T : 单位时间内的温度变化,称为散热速率; ?t m: 物体2的质量; c: 物体2材料的比热值。 (2)由于物体2的实际散热面积小于全表面面积,所以公式应改为: ?Q ?T S ' ? mc ? ?t ?t S式中,S?:物体2的实际散热面积 S:全表面面积 5 ?Q ?S (T ?T ) ?Q ?T S'联立 ? A 2 1 和 ? mc ? ?t LA ?t ?t S整理得到: ?T S' 1 L ? ? ? ? ? A mc ? t S (T2 ?T1) SA ?T式中: 和(T ?T )为待测量, ?t 2 1 其余量为常量或由几何尺寸决定。最终计算公式 ?T ? R2 ? 2? R L 1 L ? ? ? B B B ? ? A mc 2 2 ?t 2? RB ? 2? RB LB (T2 ?T1) ? RA 0.5R ? L ?T 1 L ? B B ? ? ? A mc 2 RB ? LB ?t ?T2 ?T1 ? ? RA 其中, 被测物体的半径和高度 RA , LA: 散热盘的半径和高度 RB , LB: 热导率测定仪结构图 电源插座 11 罩盖 1 立柱 9 导向座 2 托盘 3 加热盘 4 被测物体 5 定位座 11 散热盘 6 支架盘 7 底座 8实验原理 不同材料测量示意图 6 不良导热体测量示意图 良导热体测量示意图 1. 加热器 2. 加热盘 1. 加热器 2. 加热盘 3. 被测试件 4. 散热盘 3. 保温层 4. 被测试件 5,6 热电偶(至测温仪) 5. 散热盘 6. 热电偶(至测温仪)热导率测定仪加热与散热仪器照片 被测试样 温度测量仪 实验内容——稳恒态的测量? 稳恒状态实际上是一个相对的概念( t ≠ ∞ ) ? 加热电压值为交流60 ~ 80V(通过仪器面板设置) ? 每隔3分钟记录一次T2、 T1 ,在加热时间超过一小 时后,连续三次测量值T2 - T1不变,即可认为达 到稳恒态为止。加热盘T1 散热盘T2 温度差 ( 0C ) ( 0C ) ( 0C ) 60.8 30.5 30.3 61.0 30.6 30.4 61.1 30.7 30.4 61.2 30.8 30.4 实验内容——散热速率的测量? 对散热盘直接加热,散热盘温度升高3~5度 即可停止加热;? 每隔20秒记录一次散热盘的温度,直到被测 温度低于平衡点时散热盘温度2-3度时结束 测量。? 取稳恒态时散热盘的温度前、后各10组数 据,用逐差法求“散热速率”。 平衡点前温度 平衡点温度 平衡点后温度 (0C) ( 0C ) ( 0C ) T1 30.8 T11 =30.7 T2 T12 T3 T13 T4 T14 T5 T15 T6 T16 T7 T17 T8 T18 T9 T19 T10 =30.9 T20 数据处理要求1. 加热过程(得到稳恒态): 每隔3分钟记录一次加热盘温度T2 和散热 盘温度T1 的值,计算T2 – T1 ,填入表1, 当有三个温度差连续不变时,就达到了稳 恒态。2. 散热速率的测量: 每隔20秒测量并记录物质2,取平衡点前、 后各10个数据,用逐差法求其温度变化率 (注意列表)。 注意事项– 在移动加热盘时,应先切断加热电压后再 移动加热盘(按一下加热按钮,红灯灭为停 止加热,即加热盘断电。)。– 加热盘上温度较高,移动时应注意安全。– “散热盘”的背面有一个较浅的圆槽,安 放时,三个螺丝尖部应置于槽内。– 取放“散热盘”时应注意轻拿轻放,避免 将“散热盘”掉在地上摔变形。– 安放热电偶时,应将热电偶插入到底,切勿, 弯折导线,以免损坏。– 如已加热后实验失败,需要重做时,先将 “散热盘”取下,放在仪器的底板上,约几 分钟后“散热盘”上的热量会被底板吸 收,然后再重做。– 调平螺丝上设有锁紧螺母,调平后应锁紧 定位。 不良导体热导率的测定 Determination of thermal conductivity for poor conductor 物理实验中心 邱春蓉实验目的:1.学习和掌握材料热导率测量的 一种方法。2.进一步掌握用逐差法进行数据处理。 实验仪器: 热导率测量仪、温度测量仪实验原理 1 ? 热导率是表示物质热传导性质的物理量。 热导率高的物质为良好的导热体, 简称良导热体,否则为不良导热体。 常见的三种热传递方式: 热传导 对流 热辐射 稳定法测定热导率原 理图假定温度T1 > T2,热流量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多,随着时间的增加,被测物体各处热流量的差别会越来越小,直到时间足够长时,系统达到稳恒状态(流过被测物体所有截面上的热流量应当相同)。 3 t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1在不同的时间被测物体内的温度分布曲线 2 稳恒状态可用公式表示为: ? Q ? S (T ? T ) ? A 2 1 ? t L A ?Q其中, :单位时间内流动的热流量 ?t ?: 被测物体的热导率 : 被测物体截面面积 SA : 被测物体的长度 LA 4 稳恒状态时,流入物体2(散热盘)的热流量速度应等于其散热速度,有: ?Q ?T ? mc ?t ?t 式中,?T: 物体2上的温度变化量 ; ?T : 单位时间内的温度变化,称为散热速率; ?t m: 物体2的质量; c: 物体2材料的比热值。 (2)由于物体2的实际散热面积小于全表面面积,所以公式应改为: ?Q ?T S ' ? mc ? ?t ?t S式中,S?:物体2的实际散热面积 S:全表面面积 5 ?Q ?S (T ?T ) ?Q ?T S'联立 ? A 2 1 和 ? mc ? ?t LA ?t ?t S整理得到: ?T S' 1 L ? ? ? ? ? A mc ? t S (T2 ?T1) SA ?T式中: 和(T ?T )为待测量, ?t 2 1 其余量为常量或由几何尺寸决定。最终计算公式 ?T ? R2 ? 2? R L 1 L ? ? ? B B B ? ? A mc 2 2 ?t 2? RB ? 2? R
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