導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)測(cè)定不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的原理和方法。2.測(cè)量樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，溫度傳感器，數(shù)字溫度計(jì)模塊，導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象。三、實(shí)驗(yàn)原理1.熱傳導(dǎo)定律當(dāng)物體內(nèi)部各處的溫度不均勻時(shí)，就會(huì)有熱量從溫度較高處傳遞到溫度較低處，這種現(xiàn)象叫熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。早在年著名物理學(xué)家傅立葉就提出了熱傳導(dǎo)的定律：若在垂直于熱傳導(dǎo)方向上作一截面，以表示處的溫度梯度，那么在時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面積所傳遞的熱量△Q為：（7-1）式（7-1）中為傳熱速率，負(fù)號(hào)代表熱量傳遞方向是從高溫區(qū)傳至低溫處，與溫度梯度方向相反。比例系數(shù)稱為導(dǎo)熱系數(shù)，其值等于相距單位長(zhǎng)度的兩平面的溫度相差為一個(gè)單位時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積所傳遞的熱量，單位為：。2.穩(wěn)態(tài)法測(cè)傳熱速率測(cè)定樣品導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖中待測(cè)樣品（圓盤(pán)）半徑，厚度，樣品上表面與加熱盤(pán)（位于上方的黃銅盤(pán)）的下表面接觸，溫度為，加熱盤(pán)由內(nèi)部電熱絲供熱，熱量由加熱盤(pán)通過(guò)樣品上表面?zhèn)魅霕悠?，再?gòu)臉悠废卤砻媾c散熱盤(pán)（位于樣品下面的黃銅盤(pán)）的上表面相接，溫度為，即樣品中的熱量通過(guò)下表面向散熱盤(pán)散發(fā)。樣品上下表面溫度可以認(rèn)為是均勻分布，在不很大情況下可忽略樣品側(cè)面散熱的影響，則式（7-1）改寫(xiě)為：（7-2）式（7-2）中為樣品橫截面積。當(dāng)、穩(wěn)定時(shí)，傳熱也達(dá)到穩(wěn)定，即通過(guò)待測(cè)樣品的傳熱率和黃銅盤(pán)向側(cè)面和下面的散熱率相同。（7-3）式（7-3）中、是傳熱穩(wěn)定時(shí)的樣品上下表面溫度，是樣品的傳熱速率，是黃銅盤(pán)散熱率。圖1導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象結(jié)構(gòu)圖那么式（7-2）可表示為：（7-4）由（7-4）式可見(jiàn)關(guān)鍵是求黃銅盤(pán)散熱率。為此，當(dāng)測(cè)出穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下表面的溫度和之后，拿走樣品，讓加熱盤(pán)下表面直接與散熱盤(pán)上表面接觸，加熱下黃銅盤(pán)使溫度上升到高于若干度后再拿去上黃銅盤(pán)，讓下黃銅盤(pán)自然冷卻，直接向周圍散熱。下黃銅盤(pán)在附近的冷卻速率為：黃銅盤(pán)的散熱率與其冷卻速率的關(guān)系為:（7-5）式(7-5)中是黃銅質(zhì)量，是黃銅比熱（）。在樣品傳熱過(guò)程中，只考慮下黃銅盤(pán)的下表面和側(cè)面散熱。但在測(cè)冷卻速率時(shí)，黃銅盤(pán)上表面也暴露在外，實(shí)際是黃銅盤(pán)的上、下表面和側(cè)面都在散熱。由于物體冷卻速率與它的表面積成正比關(guān)系，修正(16-5)式，可得：=（7-6）式（7-6）中、分別為散熱黃銅盤(pán)半徑和厚度。將式（7-6）代入式（16-4）并整理得待測(cè)樣品導(dǎo)熱系數(shù)為：（7-7）四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用游標(biāo)卡尺測(cè)量待測(cè)樣品盤(pán)的半徑和厚度，散熱黃銅盤(pán)的半徑和厚度。參考值為，，。2.用天平測(cè)量散熱黃銅盤(pán)的質(zhì)量，參考值為。3.安裝實(shí)驗(yàn)裝置,注意此過(guò)程應(yīng)在關(guān)閉電源的情況下進(jìn)行。按圖1所示將散熱黃銅盤(pán)小心安裝在實(shí)驗(yàn)對(duì)象的固定支架上，將測(cè)溫孔朝向正面。然后將待測(cè)樣品盤(pán)、加熱黃銅盤(pán)依次放在上面，將加熱電源插孔朝向反面，且三盤(pán)上下對(duì)齊，此時(shí)不要安裝加熱盤(pán)提手。最后將加熱盤(pán)和散熱盤(pán)分別插入加熱黃銅盤(pán)和散熱黃銅盤(pán)測(cè)溫孔，注意金屬部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否則影響測(cè)溫精度。將加熱電源線通過(guò)加熱電源插孔與加熱黃銅盤(pán)連接好，然后將加熱電源線與面板上插座連接好，注意此連接過(guò)程順序不能顛倒。4.加熱盤(pán)溫度控制參數(shù)設(shè)置。注意加熱盤(pán)溫度設(shè)定值不得高于。實(shí)驗(yàn)時(shí)可測(cè)定待測(cè)樣品在溫度范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)。接通實(shí)驗(yàn)對(duì)象的電源，并將智能溫度調(diào)節(jié)器上電，將加熱盤(pán)溫度設(shè)定在溫度范圍內(nèi)某一溫度值，即測(cè)定待測(cè)樣品在該溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。具體操作詳見(jiàn)智能溫度調(diào)節(jié)器使用說(shuō)明書(shū)。5.加熱盤(pán)加熱及溫度測(cè)控。將加熱打開(kāi)，風(fēng)扇關(guān)閉，此時(shí)“加熱指示”燈亮。在整個(gè)加熱及溫度控制過(guò)程中加熱指示燈亮度會(huì)隨著加熱快慢而變化。注意實(shí)驗(yàn)應(yīng)在室內(nèi)溫度基本穩(wěn)定及無(wú)風(fēng)的條件下進(jìn)行，否則將影響控溫效果。當(dāng)加熱盤(pán)溫度控制在設(shè)定溫度范圍內(nèi)時(shí)，若加熱盤(pán)溫度和散熱盤(pán)溫度在分鐘后仍保持穩(wěn)定，可認(rèn)為傳熱達(dá)到穩(wěn)定。記錄此時(shí)加熱盤(pán)溫度和散熱盤(pán)溫度。6.測(cè)定散熱盤(pán)散熱率。安裝加熱盤(pán)提手，將加熱盤(pán)小心提起，用鑷子將待測(cè)樣品移去，然后將加熱盤(pán)直接放在散熱盤(pán)上，取下加熱盤(pán)提手，給散熱盤(pán)加熱，使散熱盤(pán)溫度高于大約，然后關(guān)閉加熱,安裝加熱盤(pán)提手，小心移去加熱盤(pán)，使散熱盤(pán)在空氣中自然冷卻。冷卻過(guò)程中每隔讀一次散熱盤(pán)溫度，一直讀到低于大約。將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)記錄在表1中。7.改變加熱盤(pán)溫度設(shè)定值，可設(shè)定，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟5、6，測(cè)定樣品在不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)。為節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，設(shè)定加熱盤(pán)溫度時(shí)應(yīng)從低溫到高溫設(shè)定。8.改變待測(cè)樣品，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定不同樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。9.實(shí)驗(yàn)完畢，將風(fēng)扇打開(kāi)，“風(fēng)冷指示”燈亮，使散熱盤(pán)加速冷卻，直到散熱盤(pán)溫度降至室溫。表1散熱盤(pán)散熱率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)10．整理實(shí)驗(yàn)儀器。注意此過(guò)程應(yīng)在關(guān)閉電源的情況下進(jìn)行。將加熱電源線與實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的插座分開(kāi)，然后將加熱電源線與加熱黃銅盤(pán)分開(kāi)，注意此分開(kāi)過(guò)程順序不能顛倒。取下加熱盤(pán)和散熱盤(pán)并放回。整理待測(cè)樣品盤(pán)、加熱黃銅盤(pán)和散熱黃銅盤(pán)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.根據(jù)表1所記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇附近10組數(shù)據(jù)，用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算散熱盤(pán)冷卻速率。具體方法參考如下，設(shè)附近10組數(shù)據(jù)為（n=1，2，3，…，10），則：。2.將散熱盤(pán)冷卻速率代入式（7-7），計(jì)算待測(cè)樣品導(dǎo)熱系數(shù)。3.測(cè)定樣品在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，比較不同溫度下同一樣品導(dǎo)熱系數(shù)大小，分析導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。4．測(cè)定不同樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，比較不同樣品導(dǎo)熱系數(shù)的大小，分析不同樣品的導(dǎo)熱性能。六、注意事項(xiàng)1.加熱盤(pán)溫度設(shè)定值不得高于，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察加熱盤(pán)溫度變化。2.實(shí)驗(yàn)裝置溫度較高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要觸摸高溫盤(pán)，以防燙傷。3.智能溫度調(diào)節(jié)器出廠前各參數(shù)均設(shè)置好，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以修改加熱盤(pán)溫度設(shè)定值，修改其