稳态法测固体的导热系数
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(1)实验准备中首先是实验报告,这次的实验记录的表格,书中并没有给出,所以我们需要自己画表格,需要画的表格一共三个,一个是求稳态时T1、T2的表格,第二个是算待测物厚度h 的表格,最后一个是求散热时T2-t的关系的表格。
下铜盘直径D、下铜盘厚度δ、下铜盘质量m都不需要测量。
第一个表格的话画10~11列左右就够用了,其实也可以再少点,以防万一可以多画2、3列,表一是个3行11列(这个列数可以自由调整)左右的表格。
待测物厚度要测量三次最后取平均值,所以需要画2行4列。
表三的话要多画一些,数据还是不少的,地方不够可以另起一行接着画,最后我测得了14个数据,所以一般数据15列(加表头一共16列)比较保险。
三个表具体怎么画在学长们的报告里都有,参考一下就可以了。
其他的没什么可说,接下来进入实验吧。
(2)实验开始啦实验台,中间偏左的仪器即为YBF-2型导热系数测试仪。
接下来是各个角度的图片面板(开启前)面板(开启后)测试仪上半部分仪器上半部分(后部)仪器后部,左边的按钮是电源开关冰水混合物,温度在0˚C左右,一个人拿一个铜盘及待测物首先打开仪器后部的电源开关,可以看到仪器面板上有示数,此时先检查一下第三个面板下半部分的黄字是否是50.0(如之前的图所示),然后检查一下面板上“控制方式”的那个开关是否为“自动”,最后检查一下风扇是否打开,若打开则可以听到风扇的声音,将其关闭,整个实验用不到风扇。
使上、下铜盘与待测物紧密接触,待测物的半径与铜盘半径基本相同,所以要使其严密对齐,水平方向看去不要有明显的缝隙,若有缝隙则可以通过调节下铜盘下方的三个螺丝,使其严密接触。
连线,面板左侧一共有两根线,每根线上伸出了两个接头黑色接头伸入冰水混合物中,蓝色接头伸入上、下铜盘的小孔中:接好以后就准备读数了线路接好后旋转上图中的旋钮,旋至I时显示的是上面的线两端的电势差,旋至II 时显示的则是下面的线两端的电势差,所以一般来说I线接上铜盘,II线接下铜盘。
稳态法测固体的导热系数热传导是热量传递的三种基本形式之一,是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程,其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。
在金属中自由电子起支配作用,在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
法国科学家傅里叶<JBJ.Fourier 1786 ―― 1830)根据实验得到热传导基本关系,1822年在其著作《热的解读理论》中详细的提出了热传导基本定律,指出导热热流密度<单位时间通过单位面积的热量)和温度梯度成正比关系。
数学表达式为:b5E2RGbCAP此即傅里叶热传导定律,其中为热流密度矢量<表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量),是导热系数又称热导率,是表征物体传导热能力的物理量,在数值上等于每单位长度温度降低个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是------ 1 。
一般说来,金属的导热系数比非金属的要大;固体的导热系数比液体的要大;气体的导热系数最小。
因此,某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关,而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中,需要了解所用物体的一些热物理性质,导热系数就是重要指标之一,常常需要用实验的方法来精确测定。
plEanqFDPw测量导热系数的方法很多,没有哪一种测量方法适用于所有的情形,对于特定的应用场合,也并非所有方法都能适用。
要得到准确的测量值,必须基于物体的导热系数范围和样品特征,选择正确的测量方法。
测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。
稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。
非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的,测出这种变化,得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热,求得导热系数。
本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数,该法设计思路清晰、简捷,具有典型性和实用性。
稳态法测固体的导热系数热传导是热量传递的三种基本形式之一,是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程,其微观机制是热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。
在金属中自由电子起支配作用,在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
法国科学家傅里叶(J.B.J.Fourier 1786——1830)根据实验得到热传导基本关系,1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律,指出导热热流密度(单位时间通过单位面积的热量)和温度梯度成正比关系。
数学表达式为:T grad q λ-=此即傅里叶热传导定律,其中q 为热流密度矢量(表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量),λ是导热系数又称热导率,是表征物体传导热能力的物理量, λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是11K m W --∙∙ 。
一般说来,金属的导热系数比非金属的要大;固体的导热系数比液体的要大;气体的导热系数最小。
因此,某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关,而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中,需要了解所用物体的一些热物理性质,导热系数就是重要指标之一,常常需要用实验的方法来精确测定。
测量导热系数的方法很多,没有哪一种测量方法适用于所有的情形,对于特定的应用场合,也并非所有方法都能适用。
要得到准确的测量值,必须基于物体的导热系数范围和样品特征,选择正确的测量方法。
测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。
稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。
非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的,测出这种变化,得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热,求得导热系数。
本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数,该法设计思路清晰、简捷,具有典型性和实用性。
准稳态法比热导热系数测定准稳态法是一种常用的测定材料热导热系数的方法。
它的原理是在稳态条件下通过测量材料上下表面的温度差以及热传导时间,从而计算得出材料的热导热系数。
准稳态法的实验装置一般包括一个加热部分和一个测温部分。
加热部分通过加热源提供一定功率的热量,使得材料表面的温度升高。
测温部分则用来测量材料上下表面的温度差。
在实验开始前,首先需要测量材料的几何尺寸,包括材料的厚度、长度和宽度。
这些尺寸将用于最终计算的公式中。
实验时,先将加热部分与测温部分紧密贴合固定在一起,确保热量能够有效地传递到测温部分。
然后,打开加热源开始加热,同时记录测温部分上下表面的温度。
当材料表面的温度逐渐升高,同时也会传导到测温部分。
在稳态时,材料上下表面温度差保持不变。
此时,可以测量材料上下表面的温度差,并记录下来。
当前所记录的温度差,加热功率,以及材料的几何尺寸都可以带入到热传导计算公式中,从而计算出材料的热导热系数。
准稳态法具有测量简单、操作方便的优点。
同时,它还可以适用于多种不同类型的材料,包括固体、液体和气体等。
此外,该方法测量结果精确可靠,可以满足工业和科研领域对热导热系数的需求。
然而,准稳态法也有一些局限性。
首先,它要求稳态条件下进行测量,所以需要一定的时间来确保稳定性。
其次,对于热导热系数非常小的材料,由于热量传导时间过长,可能会产生误差。
此外,该方法无法测量非均匀和多层材料的热导热系数。
总之,准稳态法是一种可靠且常用的测定材料热导热系数的方法。
通过测量材料表面的温度差以及热传导时间,可以计算出材料的热导热系数。
该方法在工业和科研领域具有广泛应用,并且可以满足对热导热系数精确测量的需求。
导热系数测定方法导热系数(也称热传导系数)是一个物质导热性能的重要参数,它用来描述物质在单位梯度温度下导热的能力。
导热系数的测定是热传导学研究的基础,也是工程技术和科学实验中一个常见的测量参数。
本文将介绍几种常用的导热系数测定方法。
一、稳态法稳态法是最常用的测定导热系数的方法,适用于导热系数较大(大于0.5W/m·K)的材料。
它根据热传导定律,通过测量物质两侧的温度差、导热面的面积和厚度,以及所施加的热功率,计算物质的导热系数。
其基本原理为稳定状态下单位时间内通过物质的单位面积的热流量等于物质两侧的温度差除以物质的厚度。
稳态法测定导热系数的装置构成主要包括热源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。
二、半稳态法半稳态法也是一种常用的测定导热系数的方法,适用于导热系数较小(小于0.5W/m·K)的材料。
它通过测量测试样品在不同时间下的温度变化,根据瞬态热传导方程计算导热系数。
相比稳态法,半稳态法测定导热系数的装置相对较复杂,包括热源、测试样品、温度测量装置、热流量测量装置和时间测量装置等。
三、横向法横向法是一种适用于导热系数测定较小的薄膜材料的方法。
在横向法中,将测试样品分为两段,一段作为热源,另一段作为冷源,通过测量两段样品的温度差和施加的热功率,计算样品的导热系数。
横向法测定导热系数的装置包括热源、冷源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。
四、纵向法纵向法是一种适用于导热系数测定较小的长棒材料的方法。
在纵向法中,将测试样品竖直放置,一侧作为热源,另一侧作为冷源,在不同的位置测量温度,并计算导热系数。
纵向法测定导热系数的装置主要包括热源、冷源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。
除了上述方法外,还有其他一些测定导热系数的方法,如射频导热法、光热法、红外线测温法等,这些方法在特定情况下具有特殊的应用优势。
在导热系数测定过程中,测量装置的热源和冷源的选择、温度测量装置的灵敏度和准确度、热流量测量装置的准确度等因素都会对测定结果产生影响,需要综合考虑并进行合理的控制和校正,以保证测定的准确性和可靠性。
准稳态法比热与导热系数测定热传导是一种重要的物理现象,它在工程、物理、化学等领域都有着广泛的应用。
为了研究热传导现象,我们需要测定材料的比热和导热系数。
本文将介绍一种测定材料比热和导热系数的方法——准稳态法。
一、准稳态法的原理准稳态法是测定材料比热和导热系数的一种常用方法。
它的原理是基于热传导的基本方程式:frac{partial T}{partial t} = alphaabla^2 T其中,T是温度,t是时间,alpha是热扩散系数,abla^2是拉普拉斯算子。
在准稳态条件下,即当时间足够长时,温度分布不再随时间变化,即frac{partial T}{partial t} = 0因此,我们可以得到下面的方程:abla^2 T = 0根据边界条件,我们可以求出温度分布,从而计算出材料的比热和导热系数。
二、准稳态法的实验步骤1. 实验装置准稳态法的实验装置主要包括一个热源、一个热传导材料和一个温度传感器。
2. 实验步骤(1)将热源放置在热传导材料的一端,并加热。
(2)等待一段时间,使得温度分布达到准稳态。
(3)在热传导材料的另一端放置一个温度传感器,记录温度随时间的变化。
(4)根据温度分布和时间变化,计算出材料的比热和导热系数。
三、准稳态法的优缺点1. 优点准稳态法测定材料比热和导热系数的方法简单,实验装置也比较容易搭建。
2. 缺点准稳态法需要等待一段时间,使得温度分布达到准稳态,这会导致实验时间较长。
此外,准稳态法对实验环境的影响比较大,需要对实验环境进行控制。
四、结论准稳态法是一种测定材料比热和导热系数的有效方法,它基于热传导的基本方程式,通过测量温度随时间的变化来计算材料的比热和导热系数。
虽然准稳态法需要等待一段时间,但它的实验装置简单,对实验环境的要求也比较低,因此在实际应用中具有一定的优势。