热导系数的测定实验报告

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1、导热系数测定实验报告实验器材：1・导热系数测定仪主机1台。2.电源线1根。3.专用测量热电偶2根。4•保温杯1只。5•测试样品。6•使用说明书，产品合格证。实验原理：为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手、热传导定律指出：如果热量是沿着Z方向传导，那么在Z轴上任一为止Z0处到一个垂直截面积ds以dT/dz表示在Z处的温度梯度，以dQ/dt表示在该处的传热速度，那么传热定律可表示为：dQ=-A(dT/dz)ZO*dS*dt式中的符号表示热量从高温区传导。比例系数入即为一个单位的情况下，单位内垂直通过单位面积截面

2、的热量。利用该式测量材料的导热系数入，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz并确定其数值；另一个测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dto1・关于温度梯度dT/dz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状，并把夹在两块良导体铜板之间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。样品厚度可做成h«Do这样，曲于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散区的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直丁样品平而的方向上传导，即住在此方向上冇温度梯度。由于

3、铜是热的良导休，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Tl、T2,就可以确定样品内的温度梯度(T1-T2)/h,当然这需要铜板与样品表面的紧密接触，无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。为了保证样品屮温度场的分布具冇良好的对称性，把样品及两块铜板都加工成等大的圆形。2.关于传热速率dQ/dt单位时间内通过一截面积的热量dQ/dt是一个无法直接测量的量，我们设法将这个量转化为较为容易测量的量，为了维持一个恒定的温度梯度分布，必

4、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，低温侧铜板则耍将热量不断地向周围环境散岀。当加热速率、传热速率和散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡状态，称之为稳态。此吋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，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们已经知道，铜板的散热速率与冷却速率冇关，其表达式为：dQ/dt

5、T2=-mc*dT/dt

6、T2式屮的m为铜板的质量，c为铜板的比热容，符号表示热量向低温方向传递。因为质量

7、容易直接测量，C为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。测量铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样詁，用加热铜板直接对下金属铜板加热，使其的温度高于温度T2,再让其在环境中自然冷却，直到温度低于T2,测出温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出T-t曲线，曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。应该注意的是，这样得出的dT/dt是在铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热面积为2诃+2兀瓯(其中Rp和hp分别是下铜板的半径和厚度),然而在实验屮稳态传热吋，铜板

8、的上表面(面积为nRPJ是样詁覆盖的，由于物体的散热速率与它们的面积成正比，所以稳态时，铜板散热速率的表达式应修正为dQ/dt=-mc*dt/dt*(nRp2+2nRphp)/(2兀Rp2+2nRphp)根据前面的分析，这个量就是样品的传热速率。将上式代入热传导定律表达式，并考虑到ds二H$可以得到导热系数：X二-me*(2hp+Rp)/(2hp+2Rp)*1/(nR2)*h/(T1-T2)*dT/dt

9、T=T2式中的R为样品的半径、h为样品的高度、m为下铜板的质量、C为铜板的比热容、Rp和hp分别是下铜板的半径和厚度。上式屮的各

10、项均为常量或者直接易测量。实验步骤：1.用自定量具测量样品、下铜板几个尺寸和质量等必要参数，多次测量，取平均值。其中下铜板比热容C=0.385KJ/(K.KG).2•放置好等测样品及下铜板，调节下圆盘托架上的三个微调螺丝，使待测样品与上下铜板接触良好，安置圆筒、圆盘时,须使放置热电偶的圆孔与杜瓦瓶同一侧。热电偶插入铜板上的小孔吋，要抹上硅脂，并插到铜孔底部，使热电偶测温度端与铜盘接触良好，热电偶冷端插在冰水混合物中。3•合上“加热开关”，参照智能温度控制器使用说明书上设定好铜板的温度，并对其加热。2.上铜板加热到设定温度时，同时通

11、过热电偶选通开关，将信号选通开关打在(I)上测量上铜板的温度。当其保持不变吋，记录下此时上铜板温度T1,在不断的给上铜板加热时，热量通过样品不断传送给下铜板，经过一定的时间后，当下铜板的温度保持不变后，将信号选通开关打在(II)上，测量下铜板的温度