《热导率的测量》PPT课件

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1、热导率的测量热导率的定义与物理基础当固体中温度分布不均匀时,将会有热能从高温处流向低温处,这种现象称为热传导.如果定义热流密度表示单位时间内通过单位截面传输的热能实验证明热流密度与温度梯度成正比,比例系数称为热传导系数或热导率它与材料的性质有关.为简单起见,假设温度T仅是x的函数,在垂直x的平面内温度是均匀的,则有负号表示热能传输总是从高温流向低温.固体中可以通过电子运动导热,也可以通过格波的传播导热,前者称为电子导热后者称为晶格热导.绝缘体和一般半导体中的热传导主要是靠了晶格的热导.如果把晶格热运动系统看成是声子气体,平均声子数由温度决定

2、当样品内存在温度梯度时,声子气体的密度分布是不均匀的,高温处声子密度高,低温处声子密度低,因此声子气体在无规运动地基础上产生平均的定向运动,即声子的扩散运动.声子是晶格振动的能量量子,声子的定向运动就意味有热流存在,热流的方向就是声子平均的定向运动的方向.因此晶格热传导可以看成是声子扩散的结果.和气体热导率的导出类似,固体热导率可以表示为导热系数随材料的成分、结构和温度变化很大，用实验方法测定导热系数几乎成为研究物质导热系数的唯一途径。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。表列举了一般情况下各类物质的导热系数的大

3、致范围，其中数据表明了气体、液体和固体的导热系数的数量级范围。物质导热系数的数量级物质种类气体液体非导固体金属绝热材料（W/(m.℃)0.006～0.60.07～0.70.2～3.015～420<0.25固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。金属的纯度对导热系数影响很大，其导热系数随其纯度的增高而增大，因此合金的导热系数比纯金属要低。非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，一般值随密度增加而增大，亦随温度升高而增大。对大多数均质固体，其值与温度近似呈线性关

4、系，即其中0是温度为0℃时的导热系数,称为温度系数，对大多数金属材料，它为负值；而对大多数非金属材料，为正值；液体的导热系数由于液体分子间相互作用的复杂性，液体导热系数的理论推导比较困难，目前主要依靠实验方法测定。液体可分为金属液体（液态金属）和非金属液体。液态金属的导热系数比一般的液体要高。大多数金属液体的导热系数均随温度的升高而降低。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。液体的导热系数基本上与压力无关。一般来说，纯液体的导热系数比其溶液的要大。溶液的导热系数在缺乏实验数据时，

5、可按纯液体的值进行估算。有机化合物水溶液的导热系数估算式为有机化合物的互溶混合液的导热系数估算式为式中ai为组分的质量分率,i为组分的导热系数气体的导热系数与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对热传导不利，但却有利于保温、绝热。工业上所使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数较小，适用于保温隔热。气体导热系数随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化很小，可以忽略不计，仅当气体压力很高（大于2000大气压）或很低（低于20毫米汞柱）时，才应考虑压强的影响，此时导热系数随压强增高而增大。

6、常压下气体混合物的导热系数可用下式估算式中ai为气体混合物中i组分的摩尔分率；Mi气体混合物中i组分的分子量。常用材料的导热系数用途材料密度(kg/m3)导热系数(W/m×K)窗框铜8900380铝(硅合金)2800160黄铜8400120铁780050不锈钢790017PVC13900.17硬木7000.18软木(常用于建筑构件中)5000.13玻璃钢(UP树脂)19000.40玻璃碳酸钙玻璃25001.0PMMA(有机玻璃)11800.18聚碳酸脂12000.20热断桥聚冼氨(尼龙)11500.25尼龙6.6和25%玻璃纤维14500.

7、30高密度聚乙烯HD9800.50低密度聚乙烯LD9200.33固体聚丙烯9100.22带有25%玻璃纤维的聚丙烯12000.25PU(聚亚氨脂树脂)12000.25刚性PVC13900.17防雨氯丁橡胶(PCP)12400.23密封条EPDM(三元乙丙)11500.25纯硅胶12000.35柔性PVC12000.14聚脂马海毛0.14柔性人造橡胶泡末60～800.05密封剂PU(刚性聚氨脂)12000.25固体/热融异丁烯12000.24聚硫胶17000.40纯硅胶12000.35聚异丁烯9300.20聚脂树脂14000.19硅胶（干燥剂

8、）7200.13分子筛650to7500.10低密度硅胶泡末7500.12中密度硅胶泡末8200.17目前，测定这一热物性的方法就温度与时间的变化关系而言，可以分为稳态和非稳态两