实验7不良导体导热系数的测定.ppt

实验题目：不良导体导热系数的测量实验目的：了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并利用作图法求冷却速率。

实验原理：1、导热系数导热系数是反映材料热性能的重要物理量。

目前对导热系数的测量均建立在傅立叶热传导定律的基础上。

本实验采用稳态平板法。

根据热传导理论，当物体内部存在温度梯度时，热量从高温向低温传导：dx dt dTdt dQ ⋅-=λ其中λ就是导热系数。

2、不良导体导热系数的测量样品为一平板，当上下表面温度稳定在T 1、T 2，以h B 表示样品高度，S B 表样品底面积：B BS h T T dt dQ⋅-=21λ由于温差稳定，那么可以用A 在T 2附近的dT/dt （冷却速率）求出dQ/dt 。

根据散热速率与散热面积成正比，则dt dQ h R h R dt dQ h R R h R R dt dQ PA A A A P A A A A A A ⋅++=⋅++=2)(2)2(ππ又根据dt dTmc dtdQ P ⋅= 有dt dTh R T T R h R mch A A B A A B ⋅+-+=))((2)2(212πλ从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。

实验装置：如图实验内容：1、用游标卡尺测量A 、B 两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至250V 左右进行加热至一定温度（对应T 1电压值大约在3.20-3.40mV ）；3、将电压调至125V 左右，寻找稳定的温度（电压），使得板上下面的温度（电压）10分钟内的变化不超过0.03mV ，记录稳定的两个电压值；4、直接加热A 板，使得其温度相对于T 2上升10度左右；5、每隔30s 记录一个温度（电压）值，取相对T 2最近的上下各6个数据正式记录下来；6、整理仪器；数据处理。

实验数据：表一：A 、B 板的几何尺寸测量结果A 质量m=806g ，比热容c=0.793kJ/kgK 。

不良导体导热系数的测定[实验目的]1. 用稳定流动法测定橡皮的导热系数；2. 学习用温差电偶测量温度的方法。

[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：hA t Q 21θθλ-⋅⋅=∆∆ （1） 式中λ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t Q t Q ∆∆=∆∆'），而tmc t Q ∆∆=∆∆θ'，2 R A π=，所以 212 12θθπθλθθ-⋅⋅∆∆==h R t mc （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：[][][][][][]13222--=⋅⋅⋅=∆=θθθλLMT T L L MT L t A h Q 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 )=418.68 w / (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。

《不良导体导热系数的测定》实验课件文字稿一、实验目的1.感知热传导现象的物理过程。

2.学习用稳态法测量不良导体的导热系数。

3.学习测量冷却速率的方法4.学习用温差电偶测量温度的原理和方法。

二、实验仪器和用具导热系数测定仪（FD —TC —II ）、橡皮圆板（待测样品）、温差电偶（2对）、保温杯、数字式电压表（FPZ —II ）、9Q 连接线、电子秒表、游标卡尺、电子天平、冰块。

三、实验原理 1、傅里叶热传导方程导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。

测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中都有非常重要的应用。

如图（一）所示。

设一粗细均匀的圆柱体横截面积为S ，高为h 。

经加热后，上端温度为1T ，下端温度为2T ，12T T >，热量从上端流向下端。

若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。

法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方程12T T QS t hλ-∆=∆ （1） Q ∆是t ∆时间内流过导体截面的热量，Qt∆∆叫传热速率。

比例系数λ就是材料的导热系数（热导率），单位是()wm K瓦米开。

在此式中，S 、h 和1T 、2T 容易测得，关键是如何测得传热速率Qt∆∆。

2、用稳态法间接测量传热速率如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。

由（1）式可知，加热盘的传热速率为图（一）2T1TT T 加热铜盘 待测样品 散热铜盘图二22121212()144T T T T d T T Q S d t h h hλπλλπ---∆===∆ （2） d 为样品的直径，h 为样品的厚度。

散热盘的散热速率为2T T Q T Cm t t=∆∆=∆∆ （3）C 为散热盘材料的比热，m 为散热盘的质量，2T T Tt=∆∆表示散热盘在温度是2T 时的冷却速率。