实验7 导热系数的测定(7680)4480

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1、实验三导热系数测定-79-实验七导热系数的测定热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程。其微观机制是，由自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程。宏观上是由于物体内部存在温度梯度，发生从高温区向低温区域传输能量的过程。导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法，另一类是非稳态法。由于试样的性质、形状、测试温度范围、加热方式以及测定传递热量的方法各不相同，又有许多不同的具体方法。在稳态法中，

2、先利用热源在待测样品内部形成一稳定的温度分布，然后进行测量。非稳态法用的是非稳态导热微分方程，测量的量是温度随时间的变化关系，得到的是热扩散率，利用材料的已知密度和比热容，可以求得热导率。这里介绍用稳态法和非稳态法测定测量导体导热系数的方法。【实验目的】1．学习测量良导热系数和不良导体导热系数的方法；2．测量橡胶的导热系数、测量金属铜的导热系数、测量空气的导热系数。【实验仪器】导热系数测定仪、真空保温杯、硬铝样品（附绝缘固定圆盘二块，供散热时覆盖用）、橡皮样品、绝缘板、热电偶（铜-康铜）二付、多量程数字电压表、塞尺(测片)、电源线连接线

3、、支架。【实验原理】热传导的基本公式是傅里叶导热方程式。该方程式表明，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为、温度分别为、的平行面(设＞)，若平面面积均为，在时间内通过面积（从一个平面传到另一个平面）的热量满足下述表达式：（3-1）式中为热流量，即该物质的热导率(又称导热系数：表示物质热传导性能的物理量，在数值上等于相距单位长度的两平行平面温度相差1个单位时，在单位时间内垂直通过单位面积的热量)。导热系数的单位：瓦特每米开尔文，单位符号为。导热系数过去常用的非制单位是卡每秒厘米开尔文，单位符号为，它与单位的换算是：。本实验采用稳

4、态法进行测量，其原理如图3-1所示。当传热达到稳态时，样品上、下面的温度和的值将不变，这时可以认为发热盘A通过圆盘样品B上平面传入热量的速率与由散热盘P向周围环境散热的速率相等。由式(3-1)可知通过B盘的传热速率：（3-2）图3-1传热盘和样品式中，为圆盘样品的半径，为样品的厚度。盘在温度为时的散热速率实验三导热系数测定-79-满足下述表达式：（3-3）式中，为盘的质量，为其比热容，为盘处在时的冷却速率。由（3-2）、（3-3）两式得：（3-4）则（3-5）所以只要测出样品质量、厚度、半径以及温度变化，就可以求出样品的导热系数。【仪器

5、介绍】本实验是用稳态法进行测量不良导体、金属、空气等多种材料导热系数的实验仪器。实验装置如图3-2所示，主要有三个部分组成：①热源：电热管、加热铜板；②样品架：样品支架、样品板；③测温部分：铜—康铜热电偶、数字电压表。A-带电热板的发热盘B-样品C-螺旋头D-样品支架E-风扇F-热电偶G-真空保温杯H-导热系数测定仪P-散热盘图3-2：稳态法测定导热系数实验装置图在支架D上放铜散热盘P（固定于底上的三个螺旋微头支撑着），在散热盘P上安放待测样品(圆盘形不良导体)B，样品B上再安放带电热板的发热盘A。实验时一方面发热体底盘A直接将热量通过

6、样品B上平面传入样品，另一方面散热盘P借助电扇有效稳定地散热，使传入样品的热量不断往样品的下平面散出。当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时发热盘A与散热盘P的温度为一定的数值，即样品上、下表面各维持稳定的温度、，它们的数值分别用安插在A、P侧面深孔中的热电偶和来测量。热电偶的冷端浸入盛于真空保温杯G内的冰水混合物中。支架D下方的测定仪上有开关，用以变换上、下热电偶的测量回路。数字式电压表用以测量温差电动势。【实验方法】1．取下固定螺丝，将样品放在加热盘与散热盘中间，然后固定；调节底部的三个微调螺母，使样品与加热盘、散热

7、盘接触良好；当待测样品为空气层时，可利用测片调节三个螺旋微头使发热盘与散热盘相距一定的距离h，此即待测定空气层的厚度。实验三导热系数测定-79-样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘之间距离和平整度的。除测量金属样品时不用圆筒加热盘与散热盘前的固定轴固定外，其它如测橡皮和空气的导热系数时，均将圆筒加热盘与散热盘前的固定轴对准样品支架上的圆孔并插入，并用螺母旋紧。具体步骤是：先旋下螺母，将圆筒加热盘上移，然后将样品放到散热盘上，再落下圆筒加热盘，使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定圆筒加热盘后的紧固螺钉，从而由三个螺旋

8、微头来调节平面和待测样品厚度。2．将一个电热偶的插头插在表盘的测2内，把冷端放入装有冰水混合物的真空保温杯内的细玻璃管中，热端插在散热盘的小插孔上；将另一个热电偶插头插在表盘的测1内，冷端也放入装有冰水混合