不良导体导热系数的测定.doc

学生实验报告
成绩: 指导教师:
班别: 实验时间: 2009-10-26
实验人: 学号: 同组实验人:
实验名称:不良导体导热系数的测定
实验目的:1、学会使用F D—T C—B导热系数测定仪
2、学会测量不良导体导热系数
实验仪器:F D—T C—B导热系数测定仪
【实验原理】
样品制成平板状,其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触,下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多,可以认为热量只沿着上下方向垂直传递,横向由侧面散去的热量可以忽略不计,即可以认为,样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度,在同一平面内,各处的温度相同。
设稳态时,样品的上下平面温度分别为、,根据傅立叶传导方程,在时间内通过样品的热量满足下式:
…………………………………………(1)
式中为样品的导热系数,为样品的厚度,S为样品的平面面积,实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为,则由(1)式得:
…………………………………………(2)
实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上,支撑着-个铜散热盘P,散热盘P可以借助底座内的风扇,达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B,样品B上放置一个圆盘状加热盘C,其面积也与样品B的面积相同,加热盘C是由单片机控制的自适应电加热,可以设定加热盘的温度。
当传热达到稳定状态时,样品上下表面的温度、不变,这时可以认为加热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热量相等,因此可以通过散热盘P在稳定温度时的散热速率来求出热流量。
实验时,当测得稳态时的样品上下表面温度、后,将样品B抽去,让加热盘C与散热盘P接触,当散热盘的温度上升到高于稳态时的值20℃或者20℃以上后,移开加热盘,让散热盘在电扇作用下冷却,记录散热盘温度随时间t的下降情况,求出散热盘在时的冷却速率
,则散热盘P在时的散热速率为:
…………………………………………(3)
其中m为散热盘P的质量,c为其比热容。
在达到稳态的过程中,P盘的上表面并未暴露在空气中,而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比,为此,稳态时铜盘P的散热速率的表达式应作面积修正:
……………………(4)
其中为散热盘P的半径,为其厚度。
由(2)式和(4)式可得:
……………(5)
所以样品的导热系数为:
……………………(6)
F D—Tc—,它由电加热器、铜加热盘C橡皮样品圆盘B,铜散热盘P、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成。
【实验内容】
(1)取下固定螺丝,将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间,橡皮样品要求与加热盘散热盘完全对准;要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。调节底部的三个微调螺丝,使样品与加热盘、散热盘接触良好,但注意不宜过紧或过松:
(2)按照图1所示,插好加热盘的电源插头;再将两根连接线的一端与机壳相连,另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中,要求传感器完全插入小孔中,并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂,以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。在安放加热盘和散热盘时,还应注意使放置传感器的小孔上下对齐
(3)接上导热系数测定仪的电源,开启电源后,左边表头首先显示从FDHC,然后显示当时温度,当转换至b= =。=,用户可以设定