节能玻璃的热学特性测量

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1、第21卷第4期大学物理实验Vo1．2lNo．42008年l2月出版PHYSICALEXPE砒MENTOFCOUJEGEDec．2oo8文章编号：1007—2934(2008)04—0001—05节能玻璃的热学特性测量周菁华刘芸陈骏逸马世红李天群(1．复旦大学，上海，200433)(2．上海天欣科教仪器有限公司，上海，200433)摘要用稳态法测量节能玻璃的热学性能，并在同样的外界温度下，比较它与普通玻璃的保温性能，从而证明节能玻璃具有明显节能优越性。关键词节能玻璃；导热率，传热系数中图分类号：O一551．3文献标识码：A引言随着社会的发展与进步，人们逐渐意

2、识到环境保护的迫切性和重要性，如何合理使用地球上有限的资源，已经成为人类热切关注的话题之一。其中建筑节能是缓解能源紧缺，减轻环境污染，改善人民生活工作条件，促进经济可持续发展的一项最直接的措施。以往，高校物理实验教学以验证性为主，缺少学生可以独立思考和联系实际的内容，与社会急需解决课题有些脱节，而自主性研究性物理实验弥补了这一不足。节能玻璃物理特性测量的课题可以使物理实验与社会生活中热门专题相结合，可以说是一种改革性的尝试，本实验可以作为高校设计性研究性物理实验开设。1实验原理玻璃窗的功能除了透光通风外，还应具有保温绝热作用，但不同玻璃的隔热性能不相同，为

3、此需要研制新型的节能玻璃来满足节能环保的要求。’热传导是依靠物体各部分直接接触而进行的热传播过程，和温度的分布有着密切关系。一般说来，温度是坐标，Y，z和时间的函数0=f(，Y，：，t)。在某一瞬间，空间所有各点温度的集合叫做温度场。如果各点温度不随时间改变，称为稳定的温度场。考虑温度的变化只沿轴的情况，由于存在温差，热量将向温度减小的方向传递。当热传导平衡时，与轴垂直的平面5内温度处处相同，则在时间t内，通过S传递的热量p与S的大小、传递时间t的长短以及温度沿轴方向的变化率d0／dx(即在5处的温度梯度)三者成正比，因而可写成收稿日期：2008—06—2

4、7Q=×t(1)上式中的比例系数A根据物质的类别及它所处的状态而变，称该物质的导热率(又称导热系数)。如果样品是均匀的，而且其侧周绝热。则温度梯度在它的各截面处处都相等。本实验使用FD—TC—B导热系数测定仪测量玻璃样品的导热率人，测量时，样品上表面与一个温度可以控制的稳定的均匀-发热体充分接触，下表面与一均匀散热体相接触。由于样品的侧面积相比上下表面积小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。设稳态时，样品的上下平面温度分别为0l、0

5、2，根据傅立叶传导方程，在△f时间内通过样品传递的热量△Q满足：=．s(2)式中为样品的导热率，h日为样品的厚度，S为样品的平面面积。当样品上下表面的温度0l和0：不变时，可以认为加热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热量相等。因此可以通过散热盘P在稳定温度：时的散热速率来求出热流量。AO(3)=脚其中m为散热盘P的质量，c为其比热容。在达到稳态的过程中，P盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘P的散热速率的表达式应作面积修正：△QAOj(+2~rReh

6、p)‘4)，其中R为散热盘P的半径，h为其厚

7、度。由(2)、(4)式可得样品的导热率^：△lI-(Rp+2P)×h口，、，丽物质的热传导性能以其导热率表示。在工业中为了区分物体热传导性能，在公式(2)中，又定义传热系数K=2／h8，它表示在单位时间内，单位面积、在温差为02—01时，通过平板状物体的热量E2,3]。2实验仪器和样品简介2．1温屏玻璃温屏玻璃是的一种热学性能优越的镀膜节能玻璃，它由两块内部镀膜的玻璃，中间为低真空，并用真空封泥封闭的双层平板玻璃，如图l所示。本实验采用的温屏玻璃大小35．Ocm×20．Oem，其中单片玻璃厚度均为5mm，中间为12ram低真空层。．2．2FD—TC—B型导

8、热系数测定仪一’一装置如图2所示，由加热器、铜加热盘c，待测样品，铜散热盘P、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成。CBP

9、⋯⋯⋯⋯，．■⋯⋯⋯⋯，I⋯⋯¨Jr量I■l：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：I前视图盾视图图1温屏玻璃截面结构图图2f1)一Tc—B导热系数测定仪装置图3实验内容和方法(1)将玻璃样品放在加热盘与散热盘中间，调节底部的三个微调螺丝，依样品与加热盘、散热盘接触良好且完全对准，但注意不宜过紧或过松。(2)按照图2所示，插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相连，另一有传感器

10、端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中，并在传感器上