指导书稳态法测固体导热系数

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1、稳态法测固体导热系数【实验目的】1、了解热传导的物理过程和热电偶的工作原理；2、掌握稳态法的测最条件和稳态法测导热系数的原理;3、用稳态法测定出不良导热体的导热系数。【实验仪器】导热系数测定仪，如图1所示。防尘罩图1导热系数测定仪【实验原理】根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此I'可相距为力、温度分别为7；、T2的平行平面（设T'f若平面血积均为S,在&时间内通过面积S的热最满足下述表达式：越*・s•旦型（1）A/h式•!'—为热流量，2即为该物质的热导率（乂称作导热系数），2在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热

2、量，其单位是Z。实验仪器如图1所示，在支架上先放上圆铜盘在卩的上而放上待测样品B（圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘/放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，山于/、P盘都是良导体，其温度即可以代表3盘上、下表面的温度斤、T?,7、7；分别由插入力、户盘边缘小孔热电偶E来测量。热电偶的冷端已设计了冰点温度补偿，不必再用杜瓦瓶及冰水混介物。由式(9-1)可知，单位时间内通过待测样品B任一圆截血的热流量为：⑺一厂2)ha•兀(2)式屮心为样品的半径，心为样品的厚度，当热传导达到稳定状态吋，G和3的值不变，于是通过B盘I：表面的热流量与由铜盘尸向周围环境散热的速率

3、相等，因此，町通过铜盘尸在稳定温度笃时的散热速率來求出热流量詈。实验中，在读得稳定时的幷和3后，即可将/盘移去，而使盘/的底面与铜盘P直接接触。当盘卩的温度上升到髙于稳定吋的笃值若T摄氏度后，再将圆盘/移开，让铜盘戶自然冷却。观察其温度T随时间，变化情况，然后由此求出铜盘在邓冷却速率鈴“Tt(刃为紫铜盘尸的质量,C为铜材的比热容)，就是紫铜盘P在温度为7；时的散热速率。但要注意，这样求出的鈴是紫铜盘F的全部表面暴銅于空气中的冷却速率，其散热表面积为切宀2“7(・其中与力戶分别为紫铜盘的半径与厚度)。然而，在观察测试样站的稳态传热时，P盘的上表而(而积为加?；)是被样品覆盖着的。

4、考虑到物体的冷却速率与它的表血枳成正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如K修正:ArArtt•R]y+2ti•Rp•hpFQtt・R；+27r・Rp・hp)(3)将式(3)代入式(2),得:T=T.1(2心+2你)•(?；_笃)二•爲(4)【实验内容与步骤】1、不良导体导热系数的测量(1)实验时，先将待测样品盘放在散热盘上面，然后将发热盘放在样品盘上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表面为发热盘和散热盘紧密接触，一定要使样品盘、加热盘和散热盘对齐。⑵将二个热电偶的热端涂I••硅脂后分别插入加热盘和散热盘侧面的小孔中，并分别将热电偶接线连接到仪器面板

5、的传感器I、II上。用专用导线将仪器机箱示部插朋与加热组件圆铝板上的插朋加以连接。(3)接通电源，在“温度控制”仪表上设宜加温的上限温度。将加热选择开关由“断”打向“1〜3”任意一档，此时指示灯亮，当打向“3”档时，加温速度最快，当加热盘的温度达到所设温度时，可将开关打向“2”或“1”档，降低加热电压。(4)大约40分钟后，加热盘和散热盘的温度不再上升，说明已达到稳态，每隔2分钟记录7；和7；值，填入表lo(5)测最散热盘在稳态值7；附近的冷却速率(竺-T)。移开加热盘，取下橡胶盘，并便加热盘的底♦t2面与散热盘直接接触，当散热盘的温度上升到高于稳态的笃值若干度后，再将加热盘移开

6、，让散热盘自然冷却。计算散热盘的冷却速率—T-T，填入表2。Ar172、金属导热系数的测最(选作)(1)将换铝样品侧血绝热，样品的上卜裁血周围分别套一个绝热圆环，置于发热圆盘与散热圆盘之间，两根热电偶分别插入硬铝样品上下表而的小孔内，设定加热盘温度，采用白动控温对样品加热，待样品达到稳定导热状态，记下样品上下表而的温度7；和笃的值，然后将其中一个热电偶插入散热盘的小孔内，测出散热盘的温度(2)移去样品，用加热盘直接对散热盘加热，待散热盘温度高出7；若干，移去加热盘，让散热盘在环境中自然冷却，测岀散热盘的冷却速率。3、空气导热系数的测量(选作)通过调节三个螺旋头，使发热圆盘与散热圆

7、盘的距离为力，并用塞尺进行测量(即塞尺的厚度)，此距离即为待测空气层的厚度。注意：由于存在空气对流，所以此距离不宜过大。【注意事项】1、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。2、木实验装置呈装配式，实验屮又需要不断变换，操作必须小心谨慎。抽出被测样品时，M先旋松加热圆筒侧而的固定螺钉。样站取岀后，小心将加热圆筒降卜；使发热盘与散热盘接触，注意防止高温烫伤。在测定散热盘的冷却速率吋，加热盘升起移开后必须牢牢地固定在机架上，防止实验过程屮下滑造成事故。3、测铜盘的冷却速率一