不良导体导热系数的实验研究(精选).doc

不良导体导热系数的实验研究(精选).doc试样热线2004/04图1、热线法测定非金属固体材料导热系数的原理示意图非金属固体材料导热系数的测量用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法,国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”(GB/T10297-1998)o基本原理如图1所示,在匀质均温的物体内部放置一电阻丝,即热线,对其以恒定功率加热时,热线及其附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系,可以确定该试样的导热系数。⑴[原理简述]由热传导理论四可知,恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时,可以用一维柱坐标系的热传导方程对物体的温度场进行描述:1—= +1— (1)adt3厂rdr边界条件为:0,.=0(/=0,广河),0=0([>0,尸8),q=一威迎=const.«>0,尸°)⑶ (2)Orr=07根据热传导方程和边界条件得到解为:er=-^―f (3)'4履山t其中务物理量含义为,,:热线的加热时间,单位为s;「:距热线的距离,单位为m;g:热线单位长度的加热功率,单位为W/m;01:加热时间,,距离热线距离尸处的温升,单位为K;rl试样的热扩散率,单位为n?/s;义:试样的导热系数,单位为W/(m・K),对于非金属固体材料,该系数一般小于2W/(m・K)or2假设祐F—°,即广一0或al8,利用Euler公式,忽略展开后二次项以后的各项。如果在不同时间小0,测的同一点尸处的温升为。,、6r,贝上0-0=—^―Inf./f, (4)r,缶 句气4U八根据(4)可以得到试样的导热系数qln(r2/r,)_IUIn(上/"囹 ⑸ll f\ f2 ri(5)式中,/、〃分别热线的通电电流(单位为A)和电压(单位为V),L为有效加热长度(单位为m)。因此,当等时间间隔测量试样的温升时,In(Mi)和0-0呈线性关系,据此计算试fl 弓1样的导热系数。[实验设计]实验装置如图2所示。试样为环氧树脂,有效长度220mm,直径28mm。加热丝为钙杆,直径1mm,Rwu=,加热电流3〜5A。温度测量利用电阻——温度系数(Qr=°%/10AIOOQ/%/、实验装置图-1)线性比较好的铜丝进行,关系式为:Rcu=Ro(1+。r£) (6)Ro为0C时的电阻值。,为保证基木不产生热效应,宜选择小工作电流32mA),当试样温度变化时,铜丝电压也随之变化。增加铜丝绕制匝数或减小直径,可以获得较大变化的电压值。[实验步骤]确定工作电流大小。特别注意:调节电流时,恒流由于热丝加热和铜丝电阻测量均采用恒流供电,因此要能开路调节(否则Pg—8,电源会烧毁)。,120mV电压表检测大恒流源输出和加热丝工作状态(实验要求加热功率变化小于±1%)。将测温铜电阻和采样大电阻串入小电流电路,120mV电压表检测小恒流源输出和铜丝电阻变化。确定各连线没有问题后,先