导热系数讲义2013

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1、不良导体的热导系数的测量实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测

2、量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V变压器、秒表、游标卡尺等实验原理1，导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率：（1）2，不良导体导热系数的测量厚度为、截面面积为的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。热量由加热盘传入。加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T1和T2时，传热速率为（2）5图1图2由于传热速率很难测量，但当

3、T1和T2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T2，据此求出铜盘在T2附近的冷却速率。铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，（3）式中为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有5（4）这样，就有（5）结合（2）式，可以求出导热系数：(6)m铜、hB、RB、hA、T1、T2都可以由实验测量出准确值，而黄铜盘的比热容为

4、0.3709kJ/kg×K。实验内容1观察和认识传热现象、过程及规律（1）用卡尺测量黄铜盘A和待测橡胶盘B的厚度和直径，要求多次测量，并求出平均值和不确定度。A盘的质量为已知。（2）连接好仪器，将热电偶插入A盘和加热筒底部侧面的小孔内，热电偶的冷端置于保温瓶的冰水混合物中。（3）接通调压器电源，缓慢升高电压，使红外灯电压逐渐升高到200V左右，待加热筒的温度升到80度左右时，降低电压到125V左右，然后每隔一段时间读一次T1和T2的温度值，直到二者的示值在10分钟内基本保持不变，则可以认为达到稳定状态，记下这时的T1和T2值，随后移去橡胶盘，让黄铜A盘和传热筒的底部直接接触

5、，加热A盘使其温度比T2高约10°C左右，把调压器的电压降到零，断开电源，移去传热筒，让A盘在空气中自然冷却，每隔30秒记一次温度值，选择最接近T2前后的各6个数据。2用逐差法求出黄铜盘A的冷却速率，并由公式（6）求出样品的导热系数l。3绘出T－t关系图，用作图法求出冷却速率。4用方程回归法进行线性拟合，求解冷却速率及其误差，将结果代入式（6）,计算样品的导热系数l及其不确定度Ul。注意事项(1)使用前将加热铜板A与散热铜板B擦干净，样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以保证接触良好。5(2)实验过程中，如需触及电热板，应先关闭电源，以免烫伤。(3)实验结束后，应切断电源，

6、妥为放置测量样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的正确性。选做内容测量胶木板的导热系数。增选内容设计方案：如何利用该装置测量一金属圆柱体的导热系数。实验重点与难点系统稳定状态的确定，合适与否决定了测量结果的准确性；尽量减少实验中产生误差的因素。思考题1.傅立叶定律是不易测准的量，本实验如何巧妙地避开了这一问题？2.试分析实验中产生误差的主要因素。附录直流电位差计测热电偶温差电动热一、热电偶测温原理热电亦称温差电偶，是由A、B两种不同材料的金属丝的端点彼此紧密接触而组成的。当两个接点处于不同温度时（如图3），在回路中就有直流电动势产生，该电动热称温差电动势或热电动势。当组成势

7、电偶的材料一定时，温差电动势Ex仅与两点接点处的温度有关，并且两点的温差在一定的温度范围内有如下近似关系式：式中a称为温差电系数，对于不同金属组成的热电偶，a是不同的，其数值上等于两接点温度差为1°C时所产生的电动势。5图3图3热电偶的原理为了测量温差电动势，就需要在图3的回路中接入电位差计，但测量仪器的引入不能影响热电偶原来的性质，例如不影响它在一定的温差下应有的电动势EX值。要做到这一点，实验时应保证一定的条件。根据伏打定律，即在A、B两种金属之间插入第三种金属C时，若它与A、B的两连接点处于同一温度t0（图4