導(dǎo)熱系數(shù)的測量

導(dǎo)熱系數(shù)的測量第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一

預(yù)備知識

導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中對材料的熱導(dǎo)率常用實驗的方法測定。大體上分為穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法。本實驗采用穩(wěn)態(tài)法測量材料熱導(dǎo)率。通過實驗可以加深對熱傳導(dǎo)規(guī)律的理解，體會使用參量轉(zhuǎn)換法的設(shè)計思想，掌握用溫度傳感器測量的方法。第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)熱系數(shù)的測量實驗?zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理實驗內(nèi)容及操作數(shù)據(jù)處理第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一實驗?zāi)康?、掌握穩(wěn)態(tài)法測材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法2、掌握一種用熱電轉(zhuǎn)換方式進行溫度測量的方法。第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一實驗儀器YBF－2型導(dǎo)熱系數(shù)測試儀杜瓦瓶測試樣品（硬鋁、橡皮）游標卡尺等第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一儀器簡介儀器采用低于36V的隔離電壓作為加熱電源，固定于底座上的３個測微螺旋頭支撐著一個散熱圓銅盤，樣品上下面可與加熱銅盤及散熱銅盤緊密接觸。散熱盤下方有一軸流式風扇，用來快速散熱，兩個熱電偶的冷端浸于杜瓦第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一瓶的冰水混合物中，熱端插入樣品上下的兩個小孔中。熱電偶的兩個接線端分別插在儀器面板上的相應(yīng)插座內(nèi)，利用面板上的開關(guān)可方便地直接測出兩個溫差電動勢。溫差電動勢采用量程為20mV的數(shù)字電壓表測量，再根據(jù)銅—康銅分度表轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值。第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一熱傳導(dǎo)定律:如果熱量沿著x方向傳導(dǎo)，那么在x軸上任意位置x0處取一個垂直截面△S（如圖），以表示在x處的溫度梯度，以表示在該處傳熱率（單位時間通過截面△S的熱量），實驗原理第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一式中負號表示熱量從高溫區(qū)向低穩(wěn)區(qū)傳導(dǎo)（即傳導(dǎo)的方向與溫度梯度的方向相反）。式中比例系數(shù)極即為熱導(dǎo)率，亦稱導(dǎo)熱系數(shù)。那么熱傳導(dǎo)定律可以表示成第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一

本實驗的關(guān)鍵是給樣品造成一個穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)（如圖）在此狀態(tài)下，溫度梯度T1、T2是樣品上下表面的穩(wěn)定溫度，h是樣品的厚度。實驗思路第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一則樣品的傳熱速率熱導(dǎo)率令樣品的半徑為R,高度為h

銅盤的半徑為RP,高度為hP第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一

1、用游標卡尺測量待測樣品和散熱盤的直徑和高度。2、安裝、調(diào)整整個實驗裝置。安放樣品時，須使插入熱電偶的小孔與杜瓦瓶、數(shù)字電壓表位于同一側(cè)。調(diào)節(jié)散熱盤下面的三個螺旋測微頭，使待測樣品的上下表面與加熱盤和散熱盤緊密接觸。熱電偶熱端插入小孔底，保證熱電偶熱端與樣品或銅盤接觸良好。熱電偶冷端插入杜瓦瓶中浸入冰水混合物中。

實驗內(nèi)容與操作第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一3、根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，為得到穩(wěn)定的溫度分布，可先將電源電壓打到“高”檔，幾分鐘后θ1=4.00mv即可將開關(guān)撥到“低”檔，通過調(diào)節(jié)電熱板電壓“高”、“低”及“斷”電檔，使θ1讀數(shù)在±0.03mv范圍內(nèi)，同時每隔30秒讀θ2的數(shù)值，如果在2分鐘內(nèi)樣品下表面溫度θ2示值不變，即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄穩(wěn)態(tài)時與θ1，θ2對應(yīng)的T1，T2值。

加熱過程中打開散熱盤下面的微型軸流式風扇，以形成一個穩(wěn)定的散熱環(huán)境。穩(wěn)態(tài)后取下一支熱電偶，插入散熱盤小孔，記錄穩(wěn)態(tài)時散熱盤溫度值T3

。

第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一4、取出樣品，使加熱盤與散熱盤直接接觸，再加熱。當散熱盤溫度比穩(wěn)態(tài)時的T3高出約10℃（電壓表讀數(shù)約增加0.5mV）時，停止加熱，并立即移去加熱盤，讓散熱盤開始自然冷卻，并馬上每隔30s記錄一次散熱盤的溫度值，直到電壓表讀數(shù)比穩(wěn)態(tài)時低約0.5mV為止。

5、求冷卻速率。

以時間為X軸溫度為Y軸作出散熱盤的冷卻曲線，畫出經(jīng)過冷卻曲線上T3點的切線，其斜率即為溫度T3時散熱盤的冷卻速率。第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一

1、根據(jù)計算及其不確定度，正確表示結(jié)果。2.將測得樣品的與標準值比較，計算相對誤差。0：硬鋁熱導(dǎo)率的參考值（273K時），0=140W/(m·K)數(shù)據(jù)處理第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一1、熱電偶絲較細，應(yīng)盡量避免彎折。2、熱電偶測溫點必須與被測物體接觸良好。3、實驗中加熱盤、樣品、散熱盤等溫度比較高，注意避免燙傷。4、不要劃傷樣品端面，以免影響實驗精度。5、電壓表出現(xiàn)不穩(wěn)定或加熱時數(shù)值不變化，應(yīng)先檢查熱電偶及各個環(huán)節(jié)的接觸是否良好。

注意事項第16頁，共17頁，2023年，2月20日，星期一

1、測導(dǎo)熱系數(shù)λ要滿足哪些條件？在實驗中如何保證？2、測冷卻速率時，為