导热系数测量

导热系数的测量 兰州理工大学物理实验中心 预备知识 导热系数 热导率 是反映材料导热性能的物理量 在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定 大体上分为稳态法和动态法 本实验采用稳态法测量材料热导率 通过实验可以加深对热传导规律的理解 体会使用参量转换法的设计思想 掌握用温度传感器测量的方法 导热系数的测量 实验目的实验仪器实验原理实验内容及操作数据处理 实验目的 1 掌握稳态法测材料导热系数的方法2 掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 实验仪器 YBF 2型导热系数测试仪杜瓦瓶测试样品 硬铝 橡皮 游标卡尺等 仪器简介 仪器采用低于36V的隔离电压作为加热电源 固定于底座上的 个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜盘 样品上下面可与加热铜盘及散热铜盘紧密接触 散热盘下方有一轴流式风扇 用来快速散热 两个热电偶的冷端浸于杜瓦 瓶的冰水混合物中 热端插入样品上下的两个小孔中 热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内 利用面板上的开关可方便地直接测出两个温差电动势 温差电动势采用量程为20mV的数字电压表测量 再根据铜 康铜分度表转换成对应的温度值 热传导定律 如果热量沿着x方向传导 那么在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面 S 如图 以表示在x处的温度梯度 以表示在该处传热率 单位时间通过截面 S的热量 实验原理 式中负号表示热量从高温区向低稳区传导 即传导的方向与温度梯度的方向相反 式中比例系数 极即为热导率 亦称导热系数 那么热传导定律可以表示成 本实验的关键是给样品造成一个稳定的传热状态 如图 在此状态下 温度梯度 T1 T2是样品上下表面的稳定温度 h是样品的厚度 实验思路 则样品的传热速率 热导率 令样品的半径为R 高度为h铜盘的半径为RP 高度为hP 1 用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径和高度 2 安装 调整整个实验装置 安放样品时 须使插入热电偶的小孔与杜瓦瓶 数字电压表位于同一侧 调节散热盘下面的三个螺旋测微头 使待测样品的上下表面与加热盘和散热盘紧密接触 热电偶热端插入小孔底 保证热电偶热端与样品或铜盘接触良好 热电偶冷端插入杜瓦瓶中浸入冰水混合物中 实验内容与操作 3 根据稳态法 为得到稳定的温度分布 可先将电源电压打到 高 档 几分钟后 1 4 00mv即可将开关拨到 低 档 通过调节电热板电压 高 低 及 断 电档 使 1读数在 0 03mv范围内 同时每隔30秒读 2的数值 如果在2分钟内样品下表面温度 2示值不变 即可认为已达到稳定状态 记录稳态时与 1 2对应的T1 T2值 加热过程中打开散热盘下面的微型轴流式风扇 以形成一个稳定的散热环境 稳态后取下一支热电偶 插入散热盘小孔 记录稳态时散热盘温度值T3 4 取出样品 使加热盘与散热盘直接接触 再加热 当散热盘温度比稳态时的T3高出约10 电压表读数约增加0 5mV 时 停止加热 并立即移去加热盘 让散热盘开始自然冷却 并马上每隔30s记录一次散热盘的温度值 直到电压表读数比稳态时低约0 5mV为止 5 求冷却速率 以时间为X轴温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线 画出经过冷却曲线上T3点的切线 其斜率即为温度T3时散热盘的冷却速率 1 根据 计算 及其不确定度 正确表示结果 2 将测得样品的与标准值比较 计算相对误差 0 硬铝热导率的参考值 273K时 0 140W m K 数据处理 1 热电偶丝较细 应尽量避免弯折 2 热电偶测温点必须与被测物体接触良好 3 实验中加热盘 样品 散热盘等温度比较高 注意避免烫伤 4 不要划伤样品端面 以免影响实验精度 5 电压表出现不稳定或加热时数值不变化 应先检查热电偶及各个环节的接触是否良好 注意事项 1 测导热系数 要满足哪些