2024年導熱系數(shù) 實驗報告

試驗2.8用穩(wěn)態(tài)平板法測定不良導體的導熱系數(shù)試驗匯報一、試驗目的.（1）用穩(wěn)態(tài)平板法測定不良導體的導熱系數(shù).（2）運用物體的散熱速率求傳熱速率.二、試驗器材.試驗裝置、紅外燈、調壓器、杜瓦瓶、數(shù)字式電壓表.三、試驗原理.導熱是物體互相接觸時，由高溫部分向低溫部分傳播熱量的過程.當溫度的變化只是沿著一種方向（設z方向）進行時，熱傳導的基本公式可寫為dQ=-λ---------------------------------------------（）它表達在dt時間內通過dS面積的熱量dQ，dTdz為溫度梯度，λ為導熱系數(shù)，它的大小由物體自身的物理性質決定，單位為W?m-1在圖中，B為待測物，它的上下表面分別和上下銅、鋁盤接觸，熱量由高溫鋁盤通過待測物B向低溫銅盤傳遞.若B很薄，則通過B側面向周圍環(huán)境的散熱量可以忽視不計，視熱量只沿著垂直待測板B的方向傳遞.那么在穩(wěn)定導熱（即溫度場中各點的溫度不隨時間而變）的狀況下，在?t時間內，通過面積為S、厚度為L的勻質圓板的熱量為?Q=-λ---------------------------------------------（）式中，?T為勻質圓板兩板面的恒定溫差，若把（）式寫成?Q---------------------------------------------（）的形式，那么?Q?t便為待測物的導熱速率，只要懂得了導熱速率，由（）式即可求出λ試驗中，使上鋁盤A和下銅盤P分別到達恒定溫度T1、T2，并設T1>T2，即熱量由上而下傳遞，通過下銅盤P向周圍散熱.由于T1和T2不變，因此，通過B的熱量就等于C向周圍散發(fā)的熱量，即B的導熱速率等于C的散熱速率.因此，只規(guī)定出了C在溫度T由于P的上表面和B的下表面接觸，因此C的散熱面積只有下表面面積和側面積之和，設為Sm，而試驗中冷卻曲線是C所有裸露于空氣中測出來的，即在P的上下表面和側面積都散熱的狀況下記錄的.設其所有表面積為S全?Q---------------------------------------------（）式中，?Q?t部為S部面積的散熱速率，?Q?t全為S全面積的散熱速率.而散熱速率?Q?t部就等于?Q---------------------------------------------（）設下銅盤直徑為D，厚度為δ，那么有SS---------------------------------------------（）由比熱容的基本定義c=ΔQmΔT?Q---------------------------------------------（）將（）式、（）式代入（）式得?Q---------------------------------------------（）將（）式代入（）式得λ=---------------------------------------------（）式中，m為下銅盤的質量，c為下銅盤的比熱容.四、試驗內容.（1）用游標卡尺多次測量下銅盤的直徑D、厚度δ和待測物厚度L，然後取其平均值.下銅盤質量m由天平測出，其比熱容c=3.850×（2）試驗時，先將待測樣品放在散熱盤P上面，然後將發(fā)熱鋁盤A放在樣品盤P上方，再調整三個螺栓，使樣品盤的上下兩個表面與發(fā)熱鋁盤A和散熱銅盤P緊密接觸.（3）將集成溫度傳感器插入散熱盤P側面的小孔中，并將集成溫度傳感器接線連接到儀器面板的傳感器插座.用專用導線將儀器機箱後部插座與加熱組件圓鋁盤上的插座加以連接.為了保證溫度測量的精確性，采用同一種溫度傳感器測溫，在需要測量發(fā)熱盤A和散熱盤P溫度時，采用手動操作，變換溫度傳感器的測溫對象.（4）接通電源，在“溫度控制”儀表上設置加溫的上限溫度.按加熱開關，假如儀器上限溫度設置為100℃，那么當傳感器的溫度到達100℃，大概加熱40分鐘後，發(fā)熱鋁盤A、散熱銅盤P的溫度不再上升時，闡明系統(tǒng)已到達穩(wěn)態(tài)，這時每間隔5分鐘測量并記錄T1和T2的（5）測量散熱盤在穩(wěn)態(tài)值T2附近的散熱速率.移開發(fā)熱鋁盤A，取下待測盤，并將發(fā)熱鋁盤A的底面和銅盤P直接接觸，當P盤的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)值T2值若干度（例如5℃左右）後，再將發(fā)熱鋁盤A移開，讓散熱銅盤P自然冷卻.這時候，每隔30s記錄此時的T2五、試驗數(shù)據記錄與處理.表一下銅盤直徑、厚度，待測物厚度試驗成果登記表次數(shù)項目12345平均值/mmD/mm98.2698.1698.2298.1298.1898.19δ/mm10.109.9810.0010.0010.0810.03L/mm8.148.188.148.108.068.12下銅盤質量為m表二穩(wěn)態(tài)時T1、T12345T102.3102.3102.3102.3102.3T79.379.179.279.279.2取平均值，穩(wěn)態(tài)時，T1=102.3表三測下銅盤散熱速率試驗成果登記表時間0306090120150180210T86.185.384.483.582.581.780.879.9運用作圖法求下銅盤的散熱速率得下銅盤散熱速率為K=0.02976由（2.。8.9）式，得待測樣品的導熱系數(shù)為λ=六、誤差分析.（1）系統(tǒng)誤差1.由于試驗儀器自身存在的缺陷，如加熱鋁盤的保溫性能不佳，導致產生誤差.2.未考慮待測樣品側面向周圍環(huán)境散發(fā)熱量所導致的試驗誤差.3.環(huán)境溫度變化導致試驗中系統(tǒng)難以到達穩(wěn)態(tài).（2）偶爾誤差1.在用游標卡尺測量銅盤和待測盤直徑與