不良导体的导热系数

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,不良导体的导热系数的测定,沙 贝,不良导体导热系数的测定,【,实验目的,】,【,实验仪器,】,【,实验原理,】,【,实验步骤及内容,】,【,数据处理,】,【,注意事项,】,【,思考题,】,【,实验目的,】,1,、掌握不良导体导热系数的测定方法,稳态平衡法。,2,、测定不良导体（橡皮板）的导热系数。,3,、学习用热电偶进行温度测量。,重点难点：,1,稳态法的理解；,2,导热系数测定仪的正确使用。,【,实验仪器,】,不良导体导热系数测定仪,温度计（,0100,，精确到0.1,）,铜,-,康铜热电偶,天平、砝码,秒表,不良导体导热系数测定仪,数字电压表,铜,-,康铜热电偶,图,3,热电偶,【,实验原理,】,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,L,、温度分别为,T,1,、,T,2,的平行平面,(,设,T,1,T,2,),，若平面面积均为,S,，在,t,时间内通过面积,S,的热量,Q,满足下述表达式：,（,1,）,式中 为热流量，,即为该物的热导率（又称作导热系数），,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 。,知道单位时间内通过待测样品,B,任一圆截面的热流,（,2,）,T,1,、,T,2,为,B,盘上、下表面的温度，,R,B,为样品的半径，,h,3,为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，,T,1,和,T,2,的值不变，于是通过,B,盘上表面的热流量与由铜盘,P,向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘,P,在稳定温度,T,2,时的散热速率来求出热流量 。,实验中，在读得稳定时的,T,1,和,T,2,后，即可将,B,盘移去，而使盘,A,的底面与铜盘,P,直接接触。当盘,P,的温度上升到高于稳定时的,T,值若干摄氏度后，再将圆盘,A,移开，让铜盘,P,自然冷却。观察其温度,T,随时间,t,变化情况，然后由此求出铜盘在,T,2,的冷却速率,（,m,为紫铜盘,P,的质量，,C,为铜材的比热容），就是紫铜盘,P,在温度为,T,2,时的散热速率。,但要注意，这样求出 是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为 （其中,RP,与,hP,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，,P,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：,（,3,）,将式（,3,）代入式（,2,），得：,（,4,）,【,实验步骤及内容,】,在测量导热系数前应先对散热盘,P,和等测样品的直径、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,P,的直径和厚度，测,5,次，按平均值计算,P,盘的质量。也可直接用天平称出,P,盘的质量。,一、不良导体导热系数的测量,1,实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放在散热盘,P,上面，然后发热盘,A,放在样品盘,B,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。,2,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,A,和散热盘,P,侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘,A,和散热盘,P,的热电偶接线连接到仪器面板的传感器,I,、,II,上。,3,接通电源，将加热选择开关由“断”打向“高”档，当打向“高”档时，加温速度最快。当传感器,I,的温度读数,VT,1,为,4.2mV,，可将开关打向“低”档，降低加热电压。,4,待传感器,I,、,II,的读数不再上升（约需,40,分钟）时，说明已达到稳态，每隔,5,分钟记录,VT,1,和,VT,2,的值。,5,测量散热盘在稳态值,T,2,附近的散热速率（）。移开铜盘,A,，取下橡胶盘，并使铜盘,A,的底面与铜盘,P,直接接触，当,P,盘的温度上升到高于稳定态的,VT,2,值若干度（,0.2mV,左右）后，再将铜盘,A,移开，让铜盘,P,自然冷却，每隔,30,秒（或自定）记录此时的,T,2,值。根据测量值计算出散热速度 。,二、金属导热系数的测量,1,将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发热圆盘与散热圆盘之间。,2,当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，,T,1,、,T,2,值为金属样品上下两个面的温度此时散热盘,P,的温度为,T,3,。因此测量,P,盘的冷却速度为：,由此得到导热系数为,测,T,3,值时可在,T,1,、,T,2,达到稳定时，将插在发热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。,【,数据表格及数据处理,】,实验数据记录（铜的比热,c=0.09097calg,-1,C,-1,，比重,8.9g/cm,3,）,散热盘,P,：质量,m=,（,g,）半径,Rp,=(cm),橡胶盘：半径,Rb,=(cm),1,2,3,4,5,D,p,(cm),h,p,(cm),1,2,3,4,5,D,B,(cm,),h,B,(cm,),稳态时,T,1,、,T,2,的值（转换见附录,1,的分度表）,T,1,=,T,2,=,散热速率,1,2,3,4,5,V,1,(mV),V,2,(mV),时间,(s),30,60,90,120,150,180,210,240,电压,(,mv,),【,注意事项,】,(1),使用前将加热铜板,A,与散热铜板,B,擦干净，样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以保证接触良好。,(2),实验过程中，如需触及电热板，应先关闭电源，以免烫伤。,(3),实验结束后，应切断电源，妥为放置测量样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的正确性。,【,思考题,】,(1),散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若它不工作时实验能否进行？,(2),本实验对环境条件有些什么要求？室温对实验结果有没有影响？,(3),试定量估计用温差电动势代替温度所带来的误差。,(4),分析本实验的主要误差,