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1、導熱系數(shù)的測定實驗實驗七實驗七 導熱系數(shù)的測定實驗導熱系數(shù)的測定實驗 本實驗是用穩(wěn)態(tài)法測不良導體、金屬、空氣等多種材料的導熱系數(shù)。由于采用電熱管加熱，熱電偶測溫，設計先進，使用方便，結(jié)構(gòu)安全、性能可靠。導熱系數(shù)的測定實驗【 實實 驗驗 目目 的的 】 測定金屬、橡皮、空氣的導熱系數(shù)導熱系數(shù)的測定實驗【 實實 驗驗 原原 理理 】 式中定義為該物質(zhì)的導熱系數(shù)，亦稱熱導率。由此可知，導熱系數(shù)是表示物質(zhì)熱傳導性能的物理量，其數(shù)值等于二相距單位長度的平行平面上，當溫度相差一個單位時，在單位時間內(nèi)，垂直通過單位面積所流過的熱量。 測定導熱系數(shù)的原理是法國數(shù)學、物理學家約瑟夫.傅立葉給出的導熱方程式。該方
2、程式指出，在物理內(nèi)部，垂直于導熱方向上，二個相距為h，面積為A，溫度分別為1 、2的平行平面，在t秒內(nèi)，從一個平面?zhèn)鞯搅硪粋€平面的熱量Q，滿足下述表達式：Qt 12h=（1）導熱系數(shù)的SI單位的瓦特每米開爾文單位符號為 ：W/(m0C)導熱系數(shù)的量綱為： Q hA tL MTLLTLMT22231導熱系數(shù)過去常用的非SI制單位是國際蒸汽表卡每秒厘米開（爾文）：cal/（S Scm0C)，它與SI單位的換算是：1cal/(S ScmK)=418.68w/(mK) 材料的結(jié)構(gòu)變化與雜質(zhì)多少對導熱系數(shù)都有明顯的影響。同時，導熱系數(shù)一般隨溫度而變化，所以實驗時對材料成份，溫度等都要一并記錄。 導熱系數(shù)
3、的測定實驗【 實實 驗驗 儀儀 器器 】 1、熱源：電熱管、加熱銅板。2、樣品架：樣品支架、樣品板。3、測溫部分：銅康銅熱電偶、數(shù)字式毫伏表。儀儀 器器 附附 件件（必備附件）有： 真空保溫杯 一只； 硬鋁樣品 一塊（附絕緣圓盤一塊，供散熱時覆蓋用）橡 皮 樣品 一塊； 熱電偶（銅-康銅） 二根 數(shù)字電壓表 一臺 塞尺(測片) 一把 本實驗裝置如圖1所示，固定于底上的三個測微螺旋頭支撐著一銅散熱盤P，在散熱盤P上，安放一待測的圓盤樣品B，樣品B上再安放一圓筒發(fā)熱體，圓筒發(fā)熱體由電熱板提供熱源，實驗時一方面發(fā)熱體底盤A直接將熱量通過樣品上平面?zhèn)魅霕悠罚硪环矫嫔岜PP籍電扇有效穩(wěn)定地散熱 ，使傳
4、入樣品的熱量不斷往樣品的下平面散出，當傳入的熱量等于散出的熱量時樣品處于穩(wěn)定導熱狀態(tài)，這時發(fā)熱盤A與散熱盤P的溫度為一定的數(shù)值。 導熱系數(shù)的測定實驗當待測樣品為空氣層時，可利用測片調(diào)節(jié)三螺旋頭使散熱盤與熱盤相距一定的距離 h ，此即待測定空氣層的厚度。3.000 mv H A B C G E D F P 圖1：穩(wěn)態(tài)法測定導熱系數(shù)實驗裝置圖A A-帶電熱板的發(fā)熱盤 B B-樣品 C C-螺旋頭D D-樣品支架 E E-風扇 F F-熱電偶 G G-真空保溫杯 H H-數(shù)字電壓表 P P-散熱盤【 實實 驗驗 儀儀 器器 】 導熱系數(shù)的測定實驗【 實實 驗驗 內(nèi)內(nèi) 容容 】 1、取下固定螺絲，將樣
5、品放在加熱盤與散熱盤中間，然后固定：調(diào)節(jié) 底部的三個微調(diào)螺母，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好；2、將電熱偶的兩插頭插在表盤的測2上，把冷端放在裝有冰水混合物 的杜瓦瓶內(nèi)的細玻璃管中，熱端插在散熱金的小插孔上：將另一熱 電偶插在表盤的測1內(nèi)，冷端也放入杜瓦瓶內(nèi)的另一細管中；熱端 插入加熱盤上的小插孔中；3、插好加熱板的電源插頭；再將駝線的一端與數(shù)字電壓表相連，另一 端插在表盤的中間位置；4、最后，分別接好導熱系數(shù)測定儀與數(shù)字電壓表的電源。5、調(diào)節(jié)數(shù)字電壓表的調(diào)零旋鈕，再將加熱開關(guān)撥至220V檔，開始加熱；6、待穩(wěn)定后，可以將切換開關(guān)分別撥至測1和測2端，記錄此刻樣品上、 下表面的溫度；（每隔3分
6、鐘讀樣品上下表面的溫度，若在10分鐘 內(nèi)樣品上下表面的溫度示數(shù)都不變?？梢哉J為己經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。7、移去樣品，使加熱盤與散熱盤較好的接觸，再將加熱開關(guān)撥至 220V 檔。加熱散熱盤。導熱系數(shù)的測定實驗【 實實 驗驗 內(nèi)內(nèi) 容容 】8、移開加熱板，在散熱盤上放置膠木板，使散熱盤自然冷卻；穩(wěn)定狀 態(tài)時，通過樣品上表面的熱流量與由散熱盤向周圍環(huán)境散熱的速率 相等，當散熱盤冷卻至穩(wěn)態(tài)時的溫度。記錄此時的散熱速率以求出 熱流量。 根據(jù)上述裝置，由傅立葉導熱方程式可知，通過待測樣品B盤的熱流量，Q/t為：QtRh 212（2）式中h為樣品厚度，R為圓盤樣品的半徑，為樣品熱導率、1 、2分別為穩(wěn)態(tài)時樣品上下
7、平面的溫度。實驗時，當傳熱達到穩(wěn)態(tài)時，1 、2的值將穩(wěn)定不變，這時可以認為發(fā)熱盤A通過圓盤樣品上平面?zhèn)魅氲臒崃颗c由散熱盤P向周圍環(huán)境散熱的速率相等。因此可通過散熱盤P在穩(wěn)定溫度2時的散熱速率求出熱流量Q/t，方法如下，當讀得穩(wěn)態(tài)時的1 、2后，將樣品B盤抽去，讓發(fā)熱盤A的底面與散熱盤P P直接接觸，使盤P P的溫度上升到比2高出1mV左右時，再將發(fā)熱盤A移開，放上圓盤樣品（或絕緣圓盤），讓散熱盤P P冷卻電扇仍處于工作狀態(tài)，每隔30秒鐘讀一下散熱盤的溫度示值，選取鄰近2 的導熱系數(shù)的測定實驗【 實實 驗驗 內(nèi)內(nèi) 容容 】 tQt|2的溫度數(shù)據(jù)，求出銅盤P P在2的冷卻速率 ，則 mc 就是散熱
8、在2時的散熱速率，代入式（2）得： t|2 mcthR|21221（3）(3)式中, m 為銅盤的質(zhì)量，C為銅的比熱容。 導熱系數(shù)的測定實驗【 注注 意意 事事 項項 】 、1、在做穩(wěn)態(tài)法時，要使溫度穩(wěn)定約要1個小時左右，為縮短時間，可先 將熱板電源電壓打在220V快速加熱檔，幾分鐘后1 4.00mV即可 將開關(guān)撥至110V慢速加熱檔待1降至3.50mV左右時通過手動調(diào)節(jié)電 熱板電壓220V檔、110V檔及0V檔，使1讀數(shù)在0.03mV范圍內(nèi)，同時 每隔2分鐘記下樣品上下圓盤A和P的溫度1 和2的數(shù)值，待2的 數(shù)值在10分鐘內(nèi)不變即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)，記下此時的1 和 2值。2、測金屬的導熱
9、系數(shù)時1 , 2值為穩(wěn)態(tài)時金屬樣品上下兩個面的溫 度，此時散熱盤P的溫度為3 值。因此測量P盤的冷卻速率應為: t|3 mcthR|31221測3值時可在1、2達到穩(wěn)定時，將上面測1 或2的熱電偶移下來進行測量。3、圓筒發(fā)熱體A盤側(cè)面和散熱盤P的側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安 放發(fā)熱盤時此二小孔都應與真空保溫杯在同一側(cè)，以免路線錯亂。熱 電偶插入小孔時，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保證接觸良好。 熱電偶冷端插入浸于冰水中的細玻璃管內(nèi)，玻璃管內(nèi)也要灌入適當?shù)?硅油。 導熱系數(shù)的測定實驗【 注注 意意 事事 項項 】 4、樣品圓盤B和散熱盤P的幾何尺寸，可用游標尺多次測量取平 均值。散熱盤的質(zhì)量m，約1kg，可用藥物天平稱量。5、本實驗選用銅康銅熱電偶，溫差100時，溫差電動勢約 4.2mV.故應配用量程010mV的數(shù)字電壓表,并能測到0.01mV 的電壓(也可用靈敏電流計串聯(lián)一電阻箱來替代)。 * *注意：接地線必須接地注意：接地線必須接地
導熱系數(shù)的測定實驗課件
