导热系数的测量实验报告.pdf

导热系数的丈量之吉白夕凡创作【实验目的】用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。【实验仪器】导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块【实验原理】根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为TT的平行平面（设1、2T>T），若平面面积均为S，在t时间内通过面积S的热量12Q免租下述表达式：Q(TT)S12（3-26-1）thQ式中，为热流量；即为该物质的导热系数，在数值上等于t相距单位长度的两平面的温度相差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)。在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，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都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下概况的温度T、T，TT分别拔出A、P盘边沿小孔的热121、2电偶E来丈量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）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Q(TT)12R2(3-26-2)thBB式中，R为样品的半径，h为样品的厚度。当热传导达到稳定状BB态时，T和T的值不变，遇事通过B盘上概况的热流量与由铜盘12P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T的散热速率来求出热流量Q。实验中，在读得稳定时T和T2t12后，即可将B盘移去，而使A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T值若干摄氏度后，在将A移2开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变更情况，然后由此TT求出铜盘在T的冷却速率,而mc,就是铜盘P在温度为2ttTTTT22T时的散热速率。但要注意，这样求出的T是铜盘P在完全2tTT2概况流露于空气中的冷却速率，其散热概况积为2R22Rh。然BPP而，在观察丈量样品的稳态传热时，P盘的上概况是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：R22Rh。考虑到物体的冷却速率与它的概况积成PPP正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正：QT(R22Rh)mcPPp(3-26-3)tt(2R22Rh)TT2PPP将式（3-26-3）代入（3-26-2），得T(R2h)h1mcPpB(3-26-4)t(2R2h)(TT)R2TT2PP12B【实验内容】1、丈量P盘和待测样品的直径、厚度，测P盘的质量。要求：（1）用游标卡尺丈量待测样品直径和厚度，各测5次。（2）用游标卡尺丈量P盘的直径和厚度，测5次，按平均值计算P盘的质量。（3）用电子秤称出P盘的质量、2、不良导体导热系数的丈量（1）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热盘A放在样品盘B上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个概况与发热盘和散热盘紧密接触。（2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端拔出杜瓦瓶中，将热电偶的热端分别拔出加热盘A和散热盘P正面的小孔中，并分别将其拔出加热盘A和散热盘P的热电偶接线，连接到仪器面板的传感器Ⅰ、Ⅱ上。分别用专用导线将仪器机箱后的接头和加热组件圆铝板上的插座间加以连接。（3）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加热的上限温度。将加热选择开关由“断”打向“1-3”任意一档，此时指示灯亮，当打向3档时，加温速度最快（4）大约加热40分钟后，传感器Ⅰ、Ⅱ的读数不再上升时，说明已达到稳态，每隔5分钟记录V和V的值T1T2（5）在实验中，如果需要掌握用直流电位差计和热电偶来丈量温度的内容，可将“窗期切换”开关转至“外接”，在“外接”两接线柱上接上UJ36a型直流电位差计的“未知”端，即可丈量散热铜盘上热电偶在温度变更时所发生的电势差。Q（6）丈量散热盘在稳态值T附近的散热速率。移开铜盘2tA，取下橡胶盘，并使铜盘A的底部与铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态值V值若干度后，再将铜盘A移T2开，让铜盘P自然冷却，每隔30秒记录此时的T值。根据2Q丈量值计算出散热速率。t3、金属导热系数的丈量（1）将圆柱体金属铝棒置于发热圆盘与散热圆盘之间。（）当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，T、T值为金属212样品上下两个面的温度，此时散热盘P的温度为T值。因3此，丈量P盘的冷却速率为QtTT3（3-26-5）由此得到导热系数为T(R2h)h1mcPP(3-26-6)t(2R2h)(TT)R2TT3PP12测T值时可在TT达到稳定