稳态法测量不良导体导热系数

1、稳态法测量不良导体导热系数稳态法测量不良导体导热系数班级姓名学号桌号教室基1307日期 2 0_年_月_日时段、实验目的1. 理解导热系数的概念及意义；2. 学习用稳态平板法测定材料导热系数的实验思想;3. 了解热电偶测温原理；PID自动控温装置）、实验仪器导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表、保温杯及冰水混合物测试样品：橡皮、牛筋。三、实验原理1. 热传导定律（1）导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程。当温度的变化只 是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为：dQ=（1）它表示在。dT/dz为入为,它的大小由决定，单位为它是表征的物理量，式中负

2、号表示（2）利用公式（1）测定材料导热系数的关键：在A、B、P盘内部建立稳定的温度梯度P盘向空气的散热速率相等进行测量（下图）。dT/dz的前提下，利用A盘向P盘的热传导速率和2.在材料内部建立稳定的温度梯度dT/dz将待测样品盘 B夹在两个铜盘之间形成如图 一所示的“三明治”结构，热量由加热的高温铜盘 A通过样品盘B向低温铜盘P传递，若B盘很薄, 通过侧边向周围环境的散热可以忽略，则可视为“三明治”结构内热流沿垂直盘面方向传递。当上下铜盘温度保持不变时，此时可视为稳定导热，即在材料内部建立起了稳定的温度梯dT=：T=T2-Ti（刀dz h h度。设A、P铜盘温度为、T2，样品盘厚度为h,则温

3、度梯度可近似表示为：请思考实验采用圆形铜盘作为加热和散热盘的原因并回答第六部分中的思考题。3.传热速率K=dQ/dt的测定通过某一截面积的传热速率是一个无法直接测定的量，需要转化为易测量的量。（1）根据稳态法的特点，为维持材料内部稳定的温度梯度分布，必须使整个“三明治”结 构的输入热量和散出热量相等，即整个系统达到热量传递的动态平衡，于是通过样品的传热速 率等于低温下铜盘在温度 T2的散热速率。但该散热速率也不易直接测量，需进一步转化。（2） 请简要阐述实验中用下铜盘在温度T2时的降温速率代替散热速率的实验思想，并推 导出导热系数的实验用公式。石家庄铁道大学物理实验中心第6页 共6页四、实验步

4、骤本实验选用铜-康铜热电偶测上下铜盘温度，所使用的数字电压表集成在了仪器上，其温度与 电动势的关系见实验报告最后附表铜一康铜热电偶分度表。注意：必须明确和注意电热炉设定温度、炉温、热电偶1和热电偶2所测温度之间的区别和联系。1. 用游标卡尺测量样品、下铜板的几何尺寸，多次测量取平均值，并记录所需质量，比热容 等物理量；2. 安装样品和上下铜盘形成 三明治结构，注意铜盘与样品盘之间不要留有空隙。热电偶插 入测温小孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好，热电偶冷端插入冰水混合物中。3. 手动控温法要求手动控制并保持电热炉的炉温在60 C左右，先将电源电压打到高档，加热至65 C附近，利用手动 高低档

5、位”和 断电档位”把炉温控制在60 C左右；待上铜 盘温度稳定后，观察下铜盘的温度变化，当一段时间内（如10分钟）下铜盘温度示值基本不变时，记录上下铜盘热电偶电压Vti、Vt2 （单位mV ）。4. 用自动控温法 测样品的导热系数。 设置电热炉的设定温度为 60 C,将电热炉 自动”档打 开，等待系统达到稳态时测出热电偶电压Vti、Vt2值。5. 移去样品，直接加热下铜盘到60C以上，然后移去上铜盘，让下铜盘自然冷却。当下铜盘温度达到60 C后，每隔30 s读一次下铜盘的温度示值，直到 40 oC后停止记录。利用记录 的数据，在坐标纸上画出铜盘的散热曲线，由散热曲线得到下铜盘在T2温度的自然冷

6、却速率K。6查附表得到热电偶电压值对应的温度，换算为绝对温度值，分别计算两种样品的导热系数。注意：自动升温较慢时，可先用手动高档加热，临近60 C时再转为自动控制；自动控温显示的是电热炉内置热电偶测得的炉丝温度，与电压表换算出的上铜盘温度通常并不一定一致（二者定标位置不同），实验中记录上铜盘温度作为T1O五、数据记录与处理1、自行设计记录表格，包括所需测量的铜盘、材料盘的尺寸、质量等。2、用手动方式测量牛筋的导热系数，用自动方式测量橡皮(或电木)的导热系数。温度 测量数据记录如下表。样品名称电热炉温度(C)上铜盘参数下铜盘参数橡皮炉温热偶电压(mV)热偶电压(mV)上盘温度(C)下盘温度(C)

7、牛筋炉温热偶电压(mV)热偶电压(mV)上盘温度(C)下盘温度(C)3、在坐标纸上画出 P盘从60 0C冷却到40 0C的降温曲线。下铜盘降温速率记录表(自行设计)4、计算橡皮材料的导热系数。K橡皮=入橡皮=5、计算牛筋材料的导热系数。K牛筋=入牛筋=六、思考题1为什么实验中的加热盘 A和散热盘P均采用铜盘?2.应用稳态法是否可以测量良导体的导热系数，如可以对实验样品有什么要求，实验方法与 测不良导体有什么区别。（请从稳态法测定不良导体的实验思路去思考）？附表：铜一康铜热电偶分度表热电势（mV）温度C）0123456789000.0390.0780.1170.1560.195.0.2340.2

8、730.3120.351100.3910.430.470.510.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.830.870.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.321.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.781.8281.8651.9071.951.992502.0352.0782.1212.1642.2072.252.2942.3372.382.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.087301313.1763.2213.2662.312803.3573.4023.4473.4933.5