不良导体的导热系数.ppt

不良导体的导热系数 的测定 沙 贝 不良导体导热系数的测定 【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤及内容】 【数据处理】 【注意事项】 【思考题】 【实验目的】 1、掌握不良导体导热系数的测定方法 稳态平衡法。 2、测定不良导体（橡皮板）的导热系数。 3、学习用热电偶进行温度测量。 重点难点： 1稳态法的理解； 2导热系数测定仪的正确使用。 【实验仪器】 不良导体导热系数测定仪 温度计（0100，精确到0.1） 铜-康铜热电偶 天平、砝码 秒表 不良导体导热系数测定仪 数字电压表 铜-康铜热电偶 图3 热电偶 【实验原理】 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两 个垂直与热传导方向、彼此间相距为L、温 度分别为T1、T2的平行平面(设T1T2)，若平 面面积均为S，在t时间内通过面积S的热量 Q满足下述表达式： （1） 式中 为热流量， 即为该物的热导率（ 又称作导热系数）， 在数值上等于相距单 位长度的两平面的温度相差1个单位时，单 位时间内通过单位面积的热量，其单位是 。 知道单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流 （2） T1、T2 为B盘上、下表面的温度 ，RB为样品的半径，h3为样品的 厚度，当热传导达到稳定状态时 ，T1和T2的值不变，于是通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P向 周围环境散热的速率相等，因此 ，可通过铜盘P在稳定温度T2时 的散热速率来求出热流量 。 实验中，在读得稳定时的T1和T2 后，即可将B盘移去，而使盘A 的底面与铜盘P直接接触。当盘P 的温度上升到高于稳定时的T值 若干摄氏度后，再将圆盘A移开 ，让铜盘P自然冷却。观察其温 度T随时间t变化情况，然后由此 求出铜盘在T2的冷却速率 （m为紫铜盘P的质量， C为铜材 的比热容），就是紫铜盘P在温 度为T2时的散热速率。 但要注意，这样求出 是紫铜盘的全部表 面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积 为 （其中RP与hP分别为紫铜盘 的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的 稳态传热时，P盘的上表面（面积为 ） 是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率 与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速 率的表达式应作如下修正： （3） 将式（3）代入式（2），得： （4） 【实验步骤及内容】 在测量导热系数前应先对散热盘P和等测样 品的直径、厚度进行测量。 1用游标卡尺测量待测样品直径和厚度， 各测5次。 2用游标卡尺测量散热盘P的直径和厚度， 测5次，按平均值计算P盘的质量。也可直接 用天平称出P盘的质量。 一、不良导体导热系数的测量 1实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放 在散热盘P上面，然后发热盘A放在样品盘B上方 ，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头 ，使样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧密 接触。 2在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端 （黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色） 分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔中，并分 别将其插入加热盘A和散热盘P的热电偶接线连接 到仪器面板的传感器I、II上。 3接通电源，将加热选择开关由“断”打向“高”档 ，当打向“高”档时，加温速度最快。当传感器I的 温度读数VT1为4.2mV，可将开关打向 “低”档，降 低加热电压。 4待传感器I、II的读数不再上升（约需40分钟） 时，说明已达到稳态，每隔5分钟记录VT1和VT2的 值。 5测量散热盘在稳态值T2附近的散热速率（ ）。 移开铜盘A，取下橡胶盘，并使铜盘A的底面与铜 盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳定态的 VT2值若干度（0.2mV左右）后，再将铜盘A移开 ，让铜盘P自然冷却，每隔30秒（或自定）记录此 时的T2值。根据测量值计算出散热速度 。 二、金属导热系数的测量 1将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发 热圆盘与散热圆盘之间。 2当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布 后，T1、T2值为金属样品上下两个面的温度 此时散热盘P的温度为T3。因此测量P盘的 冷却速度为： 由此得到导热系数为 测T3值时可在T1、T2达到稳定时，将插在发 热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插 入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。 【数据表格及数据处理 】 实验数据记录（铜的比热c=0.09097calg-1C-1，比重8.9g/cm3） 散热盘P：质量m= （g） 半径 Rp= (cm) 橡胶盘：半径Rb= (cm) 12345 Dp (cm) hp (cm) 12345 DB(cm) hB(cm) 稳态时T1、T2的值（转换见附录1的分度表）T1= T2= 散热速率 12345 V 1 (mV) V2 (mV) 时间 (s) 306090120150180210240 电压 (mv) 【注意事项 】 (1)使用前将加热铜板A与散热铜板B擦干净 ，样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油， 以保证接触良好。 (2)实验过程中，如需触及电热板，应先关闭 电源，以免烫伤。 (3)实验结束后，应切断电源，妥为放置测量 样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的 正确性。 【思考