不良导体导热系数的测定.doc

不良导体导热系数的测定[实验目的];。[实验器材]导热系数测定仪,热电偶(铜-康铜),多量程数字电压表,橡皮样品,杜瓦瓶,游标卡尺,螺旋测微计。[实验原理]有一粗细均匀的橡皮圆盘,上平面与发热盘接触(温度高),下平面与散热盘接触(温度低),则热量将从高温面流向低温面。在加热一段时间后,若圆盘上各处的温度不变(但不同横截面的温度不同,存在温度差),而且向圆盘侧面散失的热量可以忽略时,则在相等的时间内,通过圆盘各横截面的热量应该相等。当圆盘各截面有热量通过,但各处温度保持不变时,就称为达到了稳定流动状态。在稳定流动状态下,橡皮圆盘与外界的热交换为零,即上平面从发热盘吸收的热量等于下平面向散热盘放出的热量。由此,法国数学家、物理学家约瑟夫·傅立叶给出测定导热系数的导热方程。该方程式指出,在物体内部垂直于导热方向上,二个相距为h,面积为A,温度分别为θ1、θ2的平行平面,在∆t秒内,从一个平面传到另一个平面的热量∆Q,满足下述表达式:(1)式中定义为该物质的导热系数,亦称导热率。由此可知,导热系数——表示物质热传导性能的物理量,其数值等于二相距单位长度的平行平面上,当温度相差一个单位时,在单位时间内,垂直通过单位面积所流过的热量。对于样品橡皮圆盘,上平面传入的热量与由散热盘向周围环境散热的速率相等(即),而,,所以(2)导热系数的SI制单位(瓦特每米开尔文)的符号为:W/m•℃导热系数的量纲为:导热系数过去常用的非SI制单位是国际蒸汽表卡每秒厘米开(尔文):cal/(s·cm·℃),它与SI单位的换算是:1cal/(s·cm·K)=/(m·K)材料的结构变化与杂质多寡对导热系数都有明显的影响。同时,导热系数一般随温度而变化,所以实验时对材料成分、温度等都要一并记录。[实验内容]如图(1)连接线路。注意:连线路时,各仪器均断开电源;数字电压表的极性要与所连线路中温差电偶的极性对应;接地线必须接地。图1稳态法测定导热系数实验装置图将数字电压表调零,并调节旋钮使发热盘、橡皮样品和散热盘完全重合并紧密接触,但切勿使样品圆盘变形。测量传热稳态时橡皮样品上下平面的温度、为缩短加热时间,可先将电热板电压打在220v档;待=;,通过手动调节电热板电压220v、110v和0v档,,同时每隔2分钟记下橡皮样品上下平面的温度和的数值。(注:由于发热盘和散热盘都是铜制的良导体,所以橡皮样品上下平面的温度和可由发热盘和散热盘的温度间接测量得到。)待的数值在10分钟内不变,即可认为已达到传热稳定状态,记下此时的和的数值。测量散热速率将橡皮样品抽去,让发热盘的底面与散热盘直接接触,使散热盘温度上升到比稳态时高出1mv左右时,再将发热盘移开,复上样品,让散热盘冷却电扇处于工作状态,每隔30秒钟读一下散热盘温度示值。取邻近的温度数据,求出散热盘在的冷却速率,则就是散热在时的散热速率。为散热盘的质量,为铜的比热容。测量橡皮样品圆盘的直径D和厚度h。将各测量数值代入(2)式计算,得到不良导体橡皮圆盘的导热系数,并确定其标准不确定度。[注意事项]使用前将加热盘与散热盘面擦干净,样品两端面擦净后涂上少量硅油。发热盘侧面和散热盘侧面,都