不良导体导热系数的测定.docx

物理设计性实验论文
设计题目
不良导体导热系数的测定
学生姓名
学号
预****成绩
实验时间
操作成绩
专业班级
实验台号
实验成绩
指导老师
批阅时间
年月日
物理实验教学中心
不良导体导热系数的测定
测控技术与仪器2009-2
摘要:导热系数是表征物质材料传导的重要物理量,对实验过程中数字毫伏表显示电动势测量值与相应的时间关系,利用Excel表格程序画出冷却曲线,对测量的数据进行处理,计算导热系数。
关键词:导热系数;稳态法;散热速率;冷却速率;
:
研究材料的导热性质,在科学研究和工程应用中是一个重要课题,凡联系到新型材料的开发,设备及装置的热设计等方面都离不开它,对于不同材料的不同性质(非金属不良导体;金属良导体)可采用不同的测试研究方法。因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分两类:一类是稳态法,另一类是动态法。在稳态法中,先利用热源在待测样品内形成一稳定的温度分布;然后进行测量。在动态法中,待测样品中的温度分布是随时间变化的,例如呈周期性的变化等。本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数。

导热是物体相互接触时,由高温部分向低温部分传播热量的过程。
1882年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的基本公式---傅里叶导热方程式。该方程式表明,在物体内部取两个垂直于热传导方向,彼此相距为h,温度分别为T1,T2的平行面(设T1>T2),若平面面积均为S,在△t 秒内通过面积S的热量为△Q,单位时间内传导的热量△Q/△t称为传热速率,与物体的横截面积S,两面的温度差(T1—T2)成正比。即:
(4-9-1)
这就是著名的傅里叶热传导方程,方程中的λ为该物质的导热系数(又称热导率)它是表征物质热传导性能的一个重要物理量。它的数值大小随材料的不同而异。λ在数值上等于相距单位长度的两个平面的温度相差1个单位时,在单位时间内通过单位面积的热量。导热系数的SI单位:瓦特每米开尔文,即w/m、k。
冰水混合物
电源
输入
调零
数字电压表
FD-TX-FPZ-II导热系数电压表
T2
T1
220V
110V
导热系数测定仪
测1
测1
测2
测2
表
风扇
ABC
图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图
本实验装置如图4-9-1所示,在支架D上先后放圆铜盘C、待测样品(圆盘形不良导体)B和厚底紫铜圆筒A,圆筒A发热体由电热板提供热源,A加热,使样品上、下表面分别和上、下铜盘接触各维持稳定的温度T1,T2,它们的数值分别用安插在A、C侧面深孔中的热电偶E来测置。E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H内的冰水混合物中。G为双刀双向开关,用以变换上、下热电偶的测量回路。数字电压表F用以测量温差电动势。由式(4-9-2)可知,单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为:

(4-9-2)
式中hB为圆盘样品的半径,RB为圆盘样品的半径,λ为样品热导率,T1、T2分别为稳态时样品上下平面的温度。
实验时,当传热达到稳态时,T1、T2的值将稳定不变,这时可以认为发热盘A通过圆盘样品B上平面传入的热量与由散热盘P向周围环境散热的速率相等。因此可通过散热铜盘C在稳定温度T2时的散热率来求出热流量。方法如下:当读得稳定时的T