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实验内容

导热系数的测定
2013-11-19 13:26  

一、实验目的

测不良导体的导热系数。

二、实验仪器

智能导热系数测定仪,橡皮圆盘试件,冰/水容器,热电偶。

三、实验原理

热传导的公式指出,在物体内部,垂直于导热方向上,二个相距为h,温度分别为θ1、θ2的平行平面,若平面面积为A,在Δt秒内,从一个平面传到另一个平面的热量ΔQ,满足下述表示式:

式中△Q/△t为传热速率,λ定义为该物质的导热系数,亦称热导率。由此可知,导热系数是一表征物质传导性能的物理量。其数值等于相距单位长度的二平行平面,当温度相差一个单位时,在单位时间内通过单位面积的热量。其单位名称是瓦特每米开尔文,单位符号为W/m·K。

由上述热传导基本公式通过待测样品B板的传热速率可写成:

式中hB为样品厚度,RB为样品圆板的半径,θ1为样品圆板上表面的温度,θ2为其下表面的温度,λ即为样品B的导热系数。

当传热达到稳定状态时,θ1和θ2温度值稳定不变,通过B板的传热率与黄铜盘C向周围环境的散热速率完全相等。因而可通过黄铜盘C在稳定温度θ2时的散热率来求出△Q/△t。实验时,当读得稳态时的θ1、θ2后,即可将样品B板取走,让圆筒的底盘与下盘C接触,使盘C的温度上升到高于θ2若干度后,再将圆筒A移去,让黄铜盘C作自然冷却,求出黄铜盘在θ2附近时的冷却速率。则mc(m为黄铜盘的质量,c为黄铜盘的比热)就是黄铜盘C在θ2时的散热率。但由此求出的是黄铜盘C的全部表面暴露于空气中的冷却速率,即散热表面积为,而实验中达到稳态传热时,C盘的上表面,面积πRC2,是被测样品所覆盖着的,考虑到物体的冷却速率与它的表面成正比,校正后,本仪器在稳态时的传热速率为:

式中RC、hC分别为黄铜盘C的半径与厚度。代入(2)式中得:

式中RB、hB分别为样品如橡皮圆盘的半径与厚度。

四、实验内容

1、样品圆盘B,可用游标卡尺多次测量其半径和厚度,取平均值。

2、将热电偶插入加冰的保温瓶中,热电偶θ1红色接线柱插入加热盘A中,热电偶θ2黑色接线柱插入黄铜盘C中。接通仪器电源,先将加热盘的电源电压升高到180至200伏(约二十分钟后再降至130至150伏)。此时仪器的显示器上交替显示样品上表面和下表面的温度(分别为A和B)。

3、本实验是用稳态法测物体的导热系数,要使温度稳定约要一小时多,为缩短达到稳态时的时间,可先将加热盘的电源电压升高到180至200伏,约二十分钟后再降至130至150伏。在整个升温过程中,每隔二分钟读一下温度示数,若十分钟内,样品圆盘上下表面温度θ1、θ2示值都不变时,即可认为达到稳定状态,用笔记录下θ1、θ2后,并按下“OK”键,输入数字1,表示第一步升温到稳定状态已完成,θ1、θ2数值得到确认。抽出样品圆盘,使圆筒A与铜盘C接触加热,当铜盘C温度上升10℃左右后,再移去A圆筒,让盘C作自然冷却,并按OK键,输入数字2,表示第二步黄铜盘C作自然冷却时的温度、计时点已得到确认。冷却时,仪器就显示黄铜盘C的温度B,每隔30秒读一下C盘的温度示值,当温度临近θ2的温度值时,按下“λ”键,测量样品的导热系数λ。

五、注意事项

1、圆筒A底盘的侧面和黄铜盘C侧面,都有能安插热电偶的小孔。安置圆筒、圆盘时要注意使小孔皆与杜瓦瓶、智能导热系数测定仪在同一侧。热电偶热端插入小孔时,插到底部,使热电偶与铜盘接触良好。

2、取出试件时,注意防止高温烫伤。

 

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