不良导体热导率的测量

不良导体热导率的测定 Determination of thermal conductivity for poor conductor 物理实验中心 邱春蓉 实验目的： 1学习和掌握材料热导率测量的 一种方法。 2进一步掌握用逐差法进行数据处理。 实验仪器： 热导率测量仪、温度测量仪 实验原理 热导率 是表示物质 热传导 性质的物理量。 热导率高的物质为良好的导热体， 简称 良导热体 ，否则为 不良导热体 。 1 常见的三种热传递方式： 热传导 对流 热辐射 稳定法测定热导率原 理图 假定温度 T1 T2，热流量应按箭头所指的方向 流动。 开始时被测物体左端的热流量比右端要 大得多，随着时间的增加，被测物体各处热流 量的差别会越来越小，直到 时间足够长时 ，系 统达到 稳恒状态 （ 流过被测物体所有截面上的 热流量应当相同 ）。 在不同的时间被测物体内的温度分布曲线 3 t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1 稳恒状态可用公式表示为： 21()A A S T TQ tL A A Q t S L 其 中 ， ： 单 位 时 间 内 流 动 的 热 流 量 : 被 测 物 体 的 热 导 率 : 被 测 物 体 截 面 面 积 : 被 测 物 体 的 长 度 2 QT mc tt 2 2 2 T T t m c 散 热 式 中 ， ： 物 体 上 的 温 度 变 化 量 ； ： 单 位 时 间 内 的 温 度 变 化 ， 称 为 速 率 ： 物 体 的 质 量 ； ： 物 体 材 ； 料 的 比 热 值 。 稳恒状态 时，流入物体 2(散热盘 )的热流量速度应 等于其散热速度，有： （ 2） 4 2 2 Q T S mc t t S S S 由 于 物 体 的 实 际 散 热 面 积 小 于 全 表 面 面 积 ， 所 以 公 式 应 改 为 ： 式 中 ， ： 物 体 的 实 际 散 热 面 积 ： 全 表 面 面 积 5 21 21 21 () ( ) 1 () A A A A S T TQ Q T S mc t L t t S T TT t L TS mc t SSTT 联 立 和 整 理 得 到 ： 式 中 ： 和 为 待 测 量 ， 其 余 量 为 常 量 或 由 几 何 尺 寸 决 定 。 最终计算公式 2 22 21 2 21 2 1 2 2 ( ) 0.5 1 , : , : B B B A B B B A B B A B B A AA BB R R L LT mc t R R L T T R R L LT mc R L t T T R RL RL 其 中 ， 被 测 物 体 的 半 径 和 高 度 散 热 盘 的 半 径 和 高 度 热导率测定仪结构图 罩盖 1 导向座 2 托盘 3 加热盘 4 散热盘 6 支架盘 7 底座 8 立柱 9 定位座 11 电源插座 11 被测物体 5 实验原理 不同材料测量示意图 1. 加热器 2. 加热盘 3. 被测试件 4 . 散 热盘 5， 6 热 电偶（至测温仪） 1. 加热器 2. 加热盘 3. 保温层 4. 被测试件 5. 散热盘 6. 热电偶 （至测温仪） 不良导热体测量示意图 良导热体测量示意图 6 热导率测定仪 加热与散热 仪器照片 温度测量仪 被测试样 实验内容 稳恒态的测量 稳恒状态实际上是一个相对的概念（ t ） 加热电压值为交流 60 80V(通过仪器面板设置 ) 每隔 3分钟 记录一次 T2、 T1 ,在加热时间超过一小 时后， 连续三次测量值 T2 T1不变 ，即可认为达 到 稳恒态 为止。 加热盘 T1 （ 0C ） 散热盘 T2 （ 0C ） 温度差 （ 0C ） 60.8 30.5 30.3 61.0 30.6 30.4 61.1 30.7 30.4 61.2 30.8 30.4 实验内容 散热速率的测量 对散热盘直接加热，散热盘温度升高 35度 即可停止加热； 每隔 20秒 记录一次散热盘的温度 ,直到被测 温度低于平衡点时散热盘温度 2-3度时结束 测量。 取稳恒态时散热盘的温度前、后各 10组数 据，用逐差法求“散热速率”。 平衡点前温度 （ 0C） 平衡点温度 （ 0C ） 平衡点后温度 （ 0C ） T1 30.8 T11 T2 T12 T3 T13 T4 T14 T5 T15 T6 T16 T7 T17 T8 T18 T9 T19 T10 T20 =30.9 =30.7 数据处理要求 1. 加热过程（得到稳恒态）： 每隔 3分钟记录一次加热盘温度 T2 和散热 盘温度 T1 的值，计算 T2 T1 ，填入表 1， 当有三个温度差连续不变时，就达到了稳 恒态 。 2. 散热速率的测量： 每隔 20秒测量并记录物质 2，取平衡点前、 后各 10个数据，用 逐差法 求其温度变化率 （ 注意列表 ）。 注意事项 在移动加热盘时 ,应先切断加热电压后再 移动加热盘 (按一下加热按钮 ,红灯灭为停 止加热 ,即加热盘断电。 )。 加热盘上温度较高 ,移动时应注意安全。 “散热盘”的背面有一个较浅的圆槽 ,安 放时 ,三个螺丝尖部应置于槽内。 取放“散热盘”时应注意轻拿轻放 ,避免 将“散热盘”掉在地上摔变形。 安放热电偶时 ,应将热电偶插入到底 ,切勿 , 弯折导线 ,以免损坏。 如已加热后实验失败 ,需要重做时 ,先将 “散热盘”取下 ,放在仪器的底板上 ,约几 分钟后“散热盘”上的热量会被底板吸 收 ,然后再重做。 调平螺丝上设有锁紧螺母 ,调平后应锁紧 定位。