导热系数的测定.ppt

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1、实验4导热系数的测定前言实验目的实验原理实验仪器实验内容注意事项问题与讨论导热系数（热导率）是反映材料导热性能的一个重要参数，在科学实验和工程技术中都要涉及这个参数。材料按导热性能，可分为良导体和不良导体，通常导电材料大部分是热的良导体。导热系数的测定大体上分为稳态法和动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热系数。本实验采用稳态平板法测量材料导热系数。前言实验目的1、了解热传导的基本规律，掌握稳态平板法测材料导热系数的方法。2、利用物体的散热速率求传热速率。3、学会用热电偶测量温度。1.热传导定律当物体内部各处的温度不均匀时，就

2、会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S（如图），以表示在x处的温度梯度，那么在时间△t内通过截面积△S所传递的热量△Q为实验原理这就是傅立叶热传导定律。式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数即为导热系数，它表示相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开-1（W·m-1·K-1）。2.稳态法测传热速率待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，热量由发热盘通过样品

3、上表面传入，并由样品下表面向散热盘散发。样品发热盘（黄铜盘）散热盘（黄铜盘）截面面积Sh1热量测量样品导热系数的实验装置如图当样品上下表面温度可以认为是均匀分布，且样品盘厚度h1不很大可忽略样品侧面散热的影响时，傅立叶热传导定律可改写为：当T1、T2稳定时，通过样品的传热率和黄铜盘向侧面和下表面的散热率相同。式中是样品的传热速率，是黄铜盘的散热速率，T10、T20是热稳态样品上下表面温度。由此可知，只要求得热稳态时黄铜盘的散热速率，即可求得样品的导热系数。黄铜盘的散热速率：式中k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，c是黄铜比热（c=3.77102J/kgk）

4、。那么样品的导热系数d是样品盘的直径。3、散热盘冷却速率冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量它和材料、表面情况、周围环境的温差有关。本实验中的k是稳态（T=T20）时的冷却速率，测量方法如下：测好T10、T20后将样品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接触，使散热盘温度高于T20，再冷却，测出T-t变化关系，并作冷却曲线。求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）温度T时间tT20注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应和测稳态温度T10、T20时相同。散热面积不同时，应予修正。稳态时散热面积散热时散热面积实验仪器游标卡尺物理天平测试样品：硬铝、橡皮圆盘FD-TC-Ⅱ型导热

5、系数测定仪仪器简介固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度T1、T２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中的热电偶来测量（热电偶接数字电压表），热电偶冷端浸于杜瓦瓶的冰水混合物中，单刀双掷开关用来变换热电偶的测量回路。数字电压表用来测量温差电动势。1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径d和高度h。2、用物理天平称衡散热盘的质量m。3、安装、调整整个实验装置。（1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系统使样品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。（2）将铜-康铜热电

6、偶热端插入散热盘和发热盘侧面小孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶冷端插入杜瓦瓶的冰水混合物中。实验内容4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度T1和T2。将发热板电源电压打到220V档，并打开冷却风扇。当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转换到110V档，每隔3min左右记录一次发热盘和散热盘的温度值（数字电压表的读数）。若连续10min发热盘和散热盘的温度保持不变（电压表读数末位数相差1~2），即可认为已达到热稳定状态。记下此时数字电压表的读数并查表得出相应的温度T1和T2。5、测散热盘冷却速率。取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再加热。当散热盘温度比稳

7、态时的T2高出约20℃（电压表读数约增加0.8mV）时，停止加热，移去加热盘，并覆盖原样品盘，让散热盘在风扇作用下冷却，并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值，直到电压表读数比稳态时低约0.5mV为止。以时间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线，画出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2时散热盘的冷却速率。数据处理1、根据计算及其不确定度，正确表示结果。2、将测得样品的与标准值0比较，计算百分误差。1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。4、实验中加热