导热系数测定实验

《导热系数测定实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、导热系数的测定由于温度不均匀，热量会从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。热传导是由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，对流体特别是气体而言，由于温度是气体平均动能的量度，高温区分子运动速度比低温区分子要快，分子连续无规则运动，通过互相碰撞交换能量和动量，热量就由高温区向低温区转移，简而言之，气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的；液体热传导的机理与气体类似，但是液体分子间距要小得多，分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大；而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量，自由电子传递的

2、能量比晶格振动传递的能量大得多。金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，

3、所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。不良导体导热系数的测定一、实验目的1、学习用稳态法测定不

4、良导体导热系数的原理和方法；2、掌握热电偶测温原理及导热系数测定仪的使用方法；3、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法；4、学习用作图法求冷却速率。二、实验仪器YBF－3型导热系数测试仪，冰点补偿装置，杜瓦瓶，测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板、空气等）、游标卡尺等。仪器介绍：1.YBF－3型导热系数测试仪仪器的面板图：上面板图下面板图三、实验原理早在1882年，法国科学家丁·傅里叶就提出了热传导定律，目前各种测量导热系数的方法都建立在傅里叶热传导定律基础上。热传导定律指出：如果热量是沿着z方向传导，那么在z轴上任一位置zo处取一个垂直截面积ds，以表示在

5、z处的温度梯度，以表示该处的传热速率（单位时间内通过截面积ds的热量），那么热传导定律可表示成：（1）式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反），比例数λ即为导热系数，可见导热系数的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过截面单位面积的热量。利用（1）式测量材料的导热系数λ，需解决两个关键的问题：一个是如何在材料内造成一个温度梯度并确定其数值；另一个是如何测量材料内由高温区向低温区的传热速率。1、关于温度梯度样品上铜板加热传热散热下铜板图1传热示意图为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板

6、状，并把它夹在两块良导体——铜板之间，如图1，使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。若样品厚度远小于样品直径（h﹤﹤D），由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。这样只要测出样品的厚度h和两块铜板的温度T1、T2，就可以确定样品内的温度梯度。当然这需要铜板与样品表面紧密接触无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得

7、温度梯度测量不准确。为了保证样品中温度场的分布具有良好的对称性，把样品及两块铜板都加工成等大的圆形。2、关于传热速率单位时间内通过某一截面积的热量是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度T2下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速

8、率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷