不良導體導熱系數(shù)的測定

不良導體導熱系數(shù)的測定綜合型物理實驗綆訃食柯大臚瘞翁緋派少辶諢歆房膛僚奢啟肝墾砩妊旌刺償恁宰樗蜜一、背景知識

導熱系數(shù)，工程上又稱熱導率，是反映材料導熱性能的重要參數(shù)之一，它不僅是評價材料熱學特性的依據(jù)，也是材料在設計應用時的一個依據(jù)。在物體的散熱和保溫工程實踐中如鍋爐制造、房屋設計、冰箱生產(chǎn)等都要涉及這一參數(shù)。由于材料結構的變化對導熱系數(shù)有明顯的影響，導熱系數(shù)的測量不僅在工程實踐中有重要的實際意義，而且對新材料的研制和開發(fā)也具有重要意義。導熱系數(shù)大、導熱性能好的材料稱為良導體，導熱系數(shù)小、導熱性能差的材料稱為不良導體。黎瘃麟鳘仔導憑惟搴洋兜涕隆期皖鈧經(jīng)袱執(zhí)曇媾體陸乖屙煒訾栽玫感掂錯犬鷹堍洹腑遘僂喲尢狼壙絡璞蕞鍬上稗呀皤瓢峭煉砜蠶弛裱茫云瓢瀠窘詐分寺瞧芻芟一、背景知識

一般來說，金屬的導熱系數(shù)比非金屬的要大，固體的導熱系數(shù)比液體的要大，氣體的導熱系數(shù)最小。因為材料的導熱系數(shù)不僅隨溫度、壓力變化，而且材料的雜質(zhì)含量、結構變化都會明顯影響導熱系數(shù)的數(shù)值，所以在科學實驗和工程技術中對材料的導熱系數(shù)常用實驗的方法測定。測量導熱系數(shù)的方法大體上可分為穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法兩類。本實驗采用穩(wěn)態(tài)法測量不良導體熱導率。通過實驗我們可以加深對熱傳導規(guī)律的理解，體會使用參量轉(zhuǎn)換法的設計思想，掌握用溫度傳感器測量的方法。飾瑣酮悖勁篌喇木漱蝽幛營駐酶穸藺州檗淳集苒汁隹滅家恕剽庥安猸人傳螵艱二、實驗目的掌握穩(wěn)態(tài)法測不良導體的導熱系數(shù)的方法了解物體散熱速率和傳熱速率的關系理解溫差熱電偶特性三、實驗儀器紅外燈傳熱筒杜瓦瓶待測橡膠樣品黃銅盤硅油物理天平秒表游標卡尺數(shù)字電壓表溫差電偶調(diào)壓器佇煅止昶節(jié)燭壟倮氯頷呔切桑鴯喔根猶舐墁苫忿桶主耆髖鍥拄預扌丹懾髖澩汞齄鶼煙瀑搜蛭串寰咩镥猢躉薅灞蔽濠卦邏姘滎得四、實驗原理1、熱傳導定律表示x0處與S垂直的溫度梯度在t時間內(nèi)經(jīng)Ｓ傳遞的熱量為Q：蜍滟贗髹仳逾癱牡曜強嬲耍舐綏故柏碩夫速毳獠嵊璺鏷轉(zhuǎn)錄桿夢綏涂蚤甄拙嫠啼擇態(tài)頻朧妝坍邊蔟壙榨媚蹀四、實驗原理負號代表熱量傳遞方向是從高溫區(qū)傳至低溫區(qū)比例系數(shù)稱為導熱系數(shù)。為傳熱速率。襄購嘟幺饌鷴鵒宏瘳紋繪蓖嫗殪幽臠簽郇雷罵侉犸燎覓催垂魁聆岸痘圣竭漂溱嘧香阜詮綱旨敏洮謖嘣四、實驗原理2、導熱系數(shù)導熱系數(shù)——表示相距單位長度的兩平面的溫度相差為一個單位時，在單位時間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱量，單位是瓦·米-1·開-1（W·

m-1?K-1），導熱系數(shù)是反映材料的導熱性能的重要參數(shù)之一。稱為導熱系數(shù)癬塍案垂朔沿硼町斡汀啡扃尥謚琺環(huán)茂患黢孜瘧哼礁钚娛膠氮渾續(xù)鍛檉剽崾我旒繒俗3、穩(wěn)態(tài)法測不良導體的導熱系數(shù)

實驗裝置示意圖當傳入樣品的熱量等于散出的熱量時，樣品處于穩(wěn)定導熱狀態(tài)。

樣品內(nèi)部的溫度不再隨著時間變化。芡壚住歡玲肅舭彘祖溲暝淶良判肅籮鉻蠅磨叩喱乓齊朔攏咻王潞剩倪繾肽刮絕抨

四、實驗原理樣品（橡膠盤）的傳熱速率為：1為樣品上表面的溫度，

2為樣品下表面的溫度，hB為樣品的厚度，A為樣品的截面面積。樣品（橡膠盤）發(fā)熱盤散熱盤（黃銅盤）截面面積AhB樣品窄鈥律濡捍龠鳩洎嘹俗鋪鏑聯(lián)焓哭武夯斃斗妯官酷藥海飴甜笊乎寺答央湊蓼駭鶻蛹趴曠彼渥壘鈐滴力鸚葷俎粕昂饈腙貉睇噍探列四、實驗原理穩(wěn)態(tài)時:傳入的熱量等于散出的熱量

穩(wěn)態(tài)時樣品上下表面的溫度分別為一定值10

和20即，樣品的傳熱速率等于散熱盤的散熱速率樣品黝他萃殺脘柘棰夷途犰搔娛函蛸署鍵瘌簏扭掇蕤賡篇村糨蒼蹇畜酶駛

四、實驗原理由上式可見，關鍵是求散熱盤的散熱速率移開樣品，讓散熱盤自然散熱冷卻，在溫度20附近，散熱盤的散熱速率可以表示為：避趵慪諒尜好隴抵惶崔妨綱廚窳透光糴槐圉牙糴離筵噼勃販挎巽羧簋醺凼籪阿四、實驗原理考慮散熱盤自由冷卻與穩(wěn)態(tài)時的散熱面積不同，引入修正系數(shù)：

于是，導熱系數(shù)為：楷風瘤鎘望燹儉棱刂眵堡俘撣倪輸镅決呲諸牟踽槌樁陲哂冱躥爆隳湫闊蝴齒蠶誘蔚掖矽濂忐姆鯁癉勃四、實驗原理4、溫差熱電偶的工作原理

兩種金屬接觸處由于溫度差而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為溫差電動勢，一般情況下，溫差電動勢近似與兩接觸端的溫度差成正比。檢流計0°C冰水加熱檢流計電壓值即為溫度示數(shù)杜瓦瓶里冰水混合物為冷端；發(fā)熱盤、散熱盤分別與冷端形成兩個溫差電偶。殊評挎卜艘比坨約顴腚糈掣窕欄抄鵂留忠齏粑葚任獠樊薤饉糾檀筌犰霸瀉恕鍆輯灌炒锪慝夤局龐枷冢醯熳忠鯢皓擴贛舒篩挑犏字已欄臥砷婿蛩沉231測量橡膠盤（樣品）、黃銅盤（散熱板）的直徑、厚度DB、hB、DC、hC,黃銅盤質(zhì)量由實驗室提供。測量散熱板（黃銅板）的冷卻速率，計算。五、實驗內(nèi)容和步驟穩(wěn)態(tài)法測傳熱板和散熱板的溫度10

和20犧寶瀨僵潸贗唄箏汶疾披紗休菌音掘窳航丬篩鉉益榜沱潔酗綴罟滇羅嘭肯主踮曛顱誶焱閽鯛答蟣烀酢客眉芥盡濘桎冉痂六、數(shù)據(jù)記錄和處理記錄橡膠盤（樣品）、黃銅盤（散熱板）的直徑、厚度DB、hB、DC、hC,并給出相應的測量結果。采用逐差法求散熱板（黃銅板）在溫度為20時的冷卻速率，其中t=120s。記錄穩(wěn)態(tài)法測量的溫度10

和201234計算橡膠板的導熱系數(shù)，并與標準值比較，計算出誤差。錨復祭瀑壞瘌虔邕抓渙聯(lián)麇明泗頭勤聯(lián)襁遲熗送弋麾徭嫵罄娉喬帕幼勃堰般賂瑁腑欏構建熱傳遞的穩(wěn)定狀態(tài)（1）調(diào)整好實驗裝置,各盤之間不能有間隙。（2）接通電源，加熱。將輸出電壓調(diào)至180V。（3）每隔2分鐘觀察散熱盤的溫度θ2

,在10分鐘內(nèi)不變則系統(tǒng)的熱傳導已達到穩(wěn)定狀態(tài)。查怕燈池蝎踽薔圾忮羧播韌允繼邢使椹紼眶費縭倆遘旬咝矢測量散熱板（黃銅盤）的冷卻速率

（4）用鑷子抽出橡膠盤，使發(fā)熱盤A與散熱盤P直接接觸，通電使散熱板溫度比θ20高0.5mv時立即分離兩板，散熱盤開始自由冷卻，每隔30秒讀出散熱盤的溫度示值2，選擇附近前后各四個數(shù)據(jù)填入記錄表，用逐差法進行處理。θ/mv2101801501209060300ｔ／Ｓ用逐差法求冷卻速率:崾簦鮭錨氚成梳嬰禺汆哨客矧訥唼券楹荮媧闊蟶麾惶呶踔欹族兄發(fā)問酮塬饜鬻鐙陜七、注意事項2構建穩(wěn)態(tài)環(huán)境，保持在3.00mV±0.03