不良导体导热系数的测定

1、不良导体导热系数的测定实验不良导体导热系数的测定实验一、背景一、背景 热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射。其中的热传导是指发生在固体内部或以及热辐射。其中的热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换的过程。从微观上说，热静止流体内部的热量交换的过程。从微观上说，热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它是由为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它是由于物体内部存在温度梯度，而发生从高温部分向于物体内部存在温度梯度，而发生从高温部分向 低温部分传递

2、热量的过程。不同物体低温部分传递热量的过程。不同物体的导热性能各不相同，导热性能较好的导热性能各不相同，导热性能较好的物体称为良热导体，导热性能的物体称为良热导体，导热性能较差的物体称为不良热导体。定量描述物体导热性能的较差的物体称为不良热导体。定量描述物体导热性能的物理量是导热系数，一般说来，金属的导热系数比非金物理量是导热系数，一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热属的要大；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热系数最小。系数最小。 导热系数是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉导热系数是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程

3、实践中都要涉及这个制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉及这个参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。所以，导热系数的研究和解物质组成及其内部结构等。所以，导热系数的研究和测定有着重要的实际意义。在科学实验和工程设计中，测定有着重要的实际意义。在科学实验和工程设计中， 所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测 定。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。定。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。 稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部稳态法是在加热和散热达到平

4、衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量。非稳态法则是指在测形成稳定温度分布的条件下进行测量。非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。本实验介绍验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。 二、实验目二、实验目 1掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法。掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法。 2了解物体散热速率和传热速率的关系。了解物体散热速率和传热速率的

5、关系。加热盘散热盘样品盘热流温度1温度2三、实验原理三、实验原理图一图一 导热系数实验装置示意图导热系数实验装置示意图当如图一所示的系统达成热平衡时，通过待测样品的传热当如图一所示的系统达成热平衡时，通过待测样品的传热率和散热黄铜盘向侧面和下面的散热率相同，即有率和散热黄铜盘向侧面和下面的散热率相同，即有202101tqtQ（1（1）式（式（1）中）中10、20是传热稳定时的样品上下表面温度，是传热稳定时的样品上下表面温度， 是是样品的传热速率，样品的传热速率， 是黄铜盘散热率是黄铜盘散热率。 Qtqt根据傅立叶的热传导定律，（根据傅立叶的热传导定律，（1）式左边可以写为：）式左边可以写为：S

6、htQ121（2）而根据物体的散热率与冷却率之间的关系，（而根据物体的散热率与冷却率之间的关系，（1）式右边）式右边可以写为：可以写为：202202tmctq（3）式式(3)中中m是散热黄铜的质量，是散热黄铜的质量，c是黄铜比热。是黄铜比热。 这样，只要测出散热黄铜的冷却率这样，只要测出散热黄铜的冷却率 ，就，就可以联立（可以联立（1）、（）、（2）及（）及（3）式而得出导热系数）式而得出导热系数，但，但是，当散热黄铜处在稳定系统之中时，其冷却率不方便测是，当散热黄铜处在稳定系统之中时，其冷却率不方便测202 t量，必须将它独立放在空气中才可以测量，这时相应的冷量，必须将它独立放在空气中才可以

7、测量，这时相应的冷却率我们不妨记为却率我们不妨记为 ，根据散热率也即冷却率，根据散热率也即冷却率与表面积成正比的规律，可以有如下的关系式成立：与表面积成正比的规律，可以有如下的关系式成立：202 t 22222222222202202hRRhRRtt 于是我们可以进一步得出导热系数于是我们可以进一步得出导热系数的表示式为：的表示式为： 212010122221222202RhhRhRtmc （4）四、实验仪器四、实验仪器1THQDC-1型导热系数测定仪。型导热系数测定仪。2游标卡尺。游标卡尺。3天平天平4镊子镊子。五、实验过程五、实验过程1、测量样品及散热铜盘的尺寸；、测量样品及散热铜盘的尺寸

8、；2、设置温度参数，安装仪器，置放温度传感器；、设置温度参数，安装仪器，置放温度传感器；3、打开加热开关加热，等待稳定状态到来；、打开加热开关加热，等待稳定状态到来；4、记录达到稳定时，样品上下表面的温度（、记录达到稳定时，样品上下表面的温度（10和和20）；）；5、去掉样品后，让散热铜盘在稳定温度、去掉样品后，让散热铜盘在稳定温度 20的基础上升温若的基础上升温若 干度，然后让其在空气中自然冷却，记录其温度随时间降干度，然后让其在空气中自然冷却，记录其温度随时间降 低的数据（每低的数据（每30秒记录一次）。秒记录一次）。6、整理仪器。、整理仪器。六、数据处理六、数据处理1在散热盘温度随时间变化的数据中选择在散热盘温度随时间变化的数据中选择20附近附近10组数据