实验29应用计算机测定导热系数

应用计算机测定导热系数1.实验目的1）学习平板法测量不良导体导热系数的方法。2）掌握在科学工作室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法。3）学习根据动态平衡的原理测定热流速率的方法。2.实验仪器导热系数测定仪、杜瓦瓶、热电偶、游标卡尺、500型科学工作室接口、直流电压放大器、计算机及科学工作室接口、塞规3.实验原理及方法平板法平板法测定导热系数的原理是根据以下的导热方程式（1）推导出来的。如图29—1，在某一时刻，热量自温度为的高温盘通过厚度为、面积为的导热样品平板向温度为的低温盘传导，在秒内，从高温面传到低温面的热量，由导热方程（1）推导可满足下述表达式：（3）图图29—1式中为热流速率，为该物质的导热系数（热导率）。平板法如图29—1所示，这样的一个热传导系统，在某一时刻，对于温度为、质量为m、比热为的低温盘来说，当高温物体通过待测量的样品材料以的速率给低温物体输入热量，同时低温物体一方面吸收热量，另一方面向四周散热。根据能量守恒定律有（4）式中为低温物体温度为时的温度变化率，为低温物体温度为时向四周散热的温度变化率。根据（3）、（4）式有（5）根据（5）式只要分别测量出样品的尺寸、以及低温物体的质量m和比热，并确定某一时刻的高温物体温度和低温物体温度以及温度为时低温物体的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率就可以确定材料的导热系数。对于直径为圆形样品，（5）式可整理为：（6）3.2实验装置及方法实验装置如图29—2所示，在支架D上先放上圆形散热铜盘P（材料是铜-康铜）、待测出样品B（圆形盘不良导体）和与电热器连成一体厚底紫铜圆盘A。在A的上方用电热器L加热，散热盘下方用电风扇吹风散热，使样品上、下表面温度分别为、并分别用安插在A、P侧面深孔中的两条热电偶E来测量。利用科学工作室数据采集系统可以实现温度特性的实时采集，并确定各个时刻低温散热盘的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率。实验接线如图29—3所示，图29—2导热系数测定仪图29-3应用计算机测量温度线路连接示意图热电偶的输出经两路直流电压放大器放大后接入500型科学工作室接口，利用科学工作室软件及计算机采集加热过程中系统的温度变化特性以及切断热源后散热盘的散热曲线，如图29—4所示。图29—4科学工作室采集到的温度特性曲线4.教学内容1）学生必须事先预习讲义、初步理解实验原理；2）复习科学工作室“用户自定义传感器”原理；3）讲解传导方程及平板法传热的工作原理；4）学生严格按照讲义中的实验内容及步骤调整实验仪器；5）检查学生实验状况及测量结果，并确认；6）学生进行数据处理并写出实验报告；7）根据标准评分批改实验报告并给出成绩。5.实验教学组织及教学要点1）教学组织5.1.1教师在实验课开始前，必需备课、熟悉仪器，并进行实际操作及数据测量；5.1.2根据所做实验的感觉、经历和相关知识要点拟订教案、并进行数据处理；5.1.3学生必须课前预习，并写出预习报告；5.1.4课堂上，教师抽查提问学生，检查学生预习情况、实验中所要求的知识要点、实验步骤、重要参数等掌握状况；5.1.5根据提问状况，讲解实验原理及操作的难点，演示如何测定斜率；5.1.6学生自己做实验，有问题教师及时讲解和辅导。2）教学要点5.2.1如何理解公式（6）；5.2.2如何测定各待测量；5.2.3如何设置温度传感器；6.实验中易出现的问题1）热电偶参考端和测量端易搞错；2）散热盘和加热盘的热电偶易搞错；3）采样选项设置错误。7.实验参考数据表29-1：数据测量h(mm)d(mm)mp(g)Cp(J/kg•K)t(s)(℃)(℃)(℃/s)(℃/s)8.42129.52902.8383698.159100.87041.0950.03488-0.015118.34129.628.36129.588.40129.608.40129.448.36129.408.38129.508.42129.368.42129.448.40129.42根据肖维涅准则判定h、d测量无坏值，并计算得到以下数据（单位mm其中）：Sxh8.400.0430.00130.0130.0120.0180.214%d129.490.0900.0280.0280.0120.0300.0232%实验测量图如下：℃℃8.实验结果检查方法1）θ1、θ2是否同一时间取值，t的值；2）、是否取得同一温度θ2的斜率；9.课堂实验预习检查题目1）认识实验装置、介绍实验装置；2）做何实验，测定哪一个物体的导热系数？3）如何测量h、d？至少测多少次4）mp、cp是哪一个物体物理量？5）如何理解公式（5）？6）公式（5）中的、有何区别？7）科学工