导热系数测定

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1、实验一固体导热系数的测量一、实验目的用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。二、实验器材TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。两个热电偶的冷端分别插

2、在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。仪器设置了数字计时装置，计时范围，分辩率。设置了自动温度控制装置，控制精度，分辨率，供实验时加热温度控制用。图5.4.1TC-3型热导系数测定仪三、实验原理导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因

3、此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。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，另一类为动态法。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布，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。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、彼此间相距为h、温度分别为，的平行平面（设＞）。若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足式（1），(5.4.1)式中为热流量，λ即为该物质的热导率（又

4、称作导热系数），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量，其单位是。实验中待测样品盘B两个表面与发热盘A、散放盘P紧密接触，发热器通电后，热量从A盘传到盘，再传到P盘。由于，盘都是良导体，其温度即可以代表盘上、下表面的温度，。，分别由插入，盘边缘小孔热电偶来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关，切换、盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（5.4.1）可以知道，单位时间内通过待测样品任一圆截面的热流量为(5.42)式中为样品的半径，为样品

5、的厚度，当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过盘上表面的热流量与由铜盘向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的和后，即可将盘移去，而使盘的底面与铜盘直接接触。当盘的温度上升到高于稳定时的值若干摄氏度后，再将圆盘移开，让铜盘自然冷却。观察其温度T随时间变化情况，然后由此求出铜盘在的冷却速率,而（5.4.3）式中：为紫铜盘的质量,为铜材的比热容，（5.4.3）式就是紫铜盘在温度为时的散热速率。但要注意，这样求出的是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，

6、其散热表面积为（其中分别为紫铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，盘的上表面（面积为）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正：（5.4.4）将式（5.4.4）代入式（5.4.2），得：（5.4.5）四、实验内容及步骤在测量导热系数前应先对散热盘和待测样品的直径、厚度进行测量。1、用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测5次。2、用游标卡尺测量散热盘的直径和厚度，测5次，按平均值计算盘的质量。用天平称出盘的质量。①不良导体导热系数的测量a.实验

7、时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）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与发热盘和散热盘紧密接触。b.在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘和散热盘侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘和散热盘的热电偶接线连接到仪器面板的传感器Ⅰ、Ⅱ上。分别用专用导线将仪器机箱后部分与加热组件圆铝板上的插座间加以连接。c.接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度为100℃（具体操作见附录3）。将加

8、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。当传感器I的温度读数为时，可将开关打向“2”或“1”档，降低加热电压。d.当传感器Ⅰ、Ⅱ的读数不再上升时，说明已达到稳态，每隔5分钟记录和的值。e.在实验中，如果需要掌握用直流电位差计和热电偶来测量温度的内容，可将“传感器切换”开关转至“外接”，在“外接”两接线柱上接上型