固体热导率测定.doc

研究杜瓦瓶内放置一定的冰水混合物和放置一定的自来水对硅橡胶热导率影响的测定

摘要：采用稳态法测量固体热导率时，分别在杜瓦瓶内放置自来水和冰水混合物的情况下，分别测定同一硅胶的热导率。同时对实验结果进行分析，分析者两种情况下对硅胶热导率的测定的影响。

关键词：硅胶热导系数的测定冰水混合物自来水杜瓦瓶TC-3型热导率测定仪稳态法

原理：根据傅立叶方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1和T2（设T1>T2）的平行平面，若平面面积均为ΔS，则在Δt时间内通过平面面积ΔS的热量ΔQ满足表达式：
(a)
式中κ即为该物质的热导率， 为样品的半径，hc为样品的厚度。当热传导率打到稳定状态时，T1和T2的值不变，于是通过样品盘C上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘B在稳定温度T2时的散热速率来求出热流量ΔQ/Δt。铜盘B在T2的冷却速率，而稳态时铜盘B散热速率,但要注意：这样求出的是紫铜盘表面全部暴露于空气中的冷却速率，其散热表面速率为（其中与分别为紫铜盘B的半径与厚度）.然而，在观察测试样品C的稳态传热是B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度与他的表面积成正比，则稳态时铜盘B散热速率的表达式做如下修正：
(b)
将（b）式代入（a）式，得
（c）
实验主要仪器及用具：TC-3型固体导热系数测定仪、TW-1型物理天平、游标卡尺、硅油、冰水混合物、硅油等。

实验基本步骤：
1、用游标卡尺测量待测样品盘C直径和厚度，各测1次。
2、用游标卡尺测量散热盘B的直径和厚度，各测1次，计算B盘的质量，也可直接用天平称出B盘的质量。
3、把橡胶盘C放入加热盘A和散热盘B之间，用三个螺旋头E夹紧（拧去固定轴H不用）。
4、在杜瓦瓶G中放入冰水混合物，将两热电偶I的冷端（两条黑线）插入杜瓦瓶中，热电偶的热端（两条红线）分别插入加热盘A和散热盘B侧面的小孔中，并将其温差电动势输出的插头分别插到仪器面板的传感器插座II和III上，如图13-2所示。

5、测量稳态时温度T1和T2的数值。接通电源，打开电扇开关KB（使散热盘有效、稳定地散热），将“温度控制PID”仪表上设置加温的上限温度（），加热器开关KA打到高热（Ⅲ）档，当传感器II的温度T1约为4mV左右时，再将加热开关KA置于“Ⅱ”或“Ⅰ”档，降低加热电压。使加热盘A和散热盘B逐步达到稳定的温度分布（约需40分钟时间）。当达到稳态时，每隔3分钟记录VT1和VT2的值。
6、测量散热盘B在温度稳态值T2附近的散热速率。移开圆盘A，取下橡胶盘C，并使圆盘A的底面与铜盘B直接接触，当盘B的温度上升到高于稳定态的值T2若干度（0.2mV左右）后，关掉加热器开关KA（电扇仍处于工作状态），将A盘移开（注意：此时橡胶盘C不再放上），让铜盘B自然冷却，记录T2共约6～8次，每隔30秒一次（注意：记录的数据必须保证温度稳态值T2在其测量范围以内）。
7、将杜瓦瓶内的冰水混合物换成常温下的自来水，再重复4、5、6的步骤
8、关掉电扇开关KB和电源开关KF。

数据记录与处理：

基本数据
铜的比热容c=385.06J/（Kg·K）实验前测量的室温t=`15.2±0.5℃
（1）、散热盘B
直径2RB=130.40±0.02㎜半径RB=65.20±0.01㎜，
厚度为hB=7.20±.002㎜质量mB=854±1g
（2）、橡胶盘C
直径2RC=128.80±0.02㎜半径RC=64.40±0.01㎜，
厚度为hC=8.20±0.02㎜

数据记录：
一：（杜瓦瓶内放冰水混合物时）
（1）稳态时T1、T2的数据（每隔3分钟记录）
i12345平均T1(mv)2.682.662.642.622.612.64T2(mv)1.181.171.171.171.161.17
（2）散热速率
T（s）0306090120150180T2(mv)1.431.381.321.261.211.161.110.002

二：（杜瓦瓶内放自来水时）
（1）稳态时T1、T2的数据（每隔3分钟记录）
i12345平均T1(mv)2.272.262.242.232.222.24T2(mv)0.780.780.770.760.760.77
（2）散热速率
T（s）0306090120150180T2(mv)0.950.890.840.790.750.710.610.002

数据处理：
一、杜瓦瓶内放冰水混合物时

由作图得=0.002，并且把实验数据代入公式（c）可得：

(硅橡胶的热导系数由于材料的特性不同，范围为0.072~0.165W/m*k,本次实验选取硅胶的理论参考值为0.165W/(m*k))

二、杜瓦瓶内放自来水时

由作