不良导体的导热系数

关于不良导体的导热系数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】第2页,共20页，2024年2月25日，星期天【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。第3页,共20页，2024年2月25日，星期天【实验仪器】不良导体导热系数测定仪温度计（0~100℃，精确到0.1℃）铜-康铜热电偶天平、砝码秒表第4页,共20页，2024年2月25日，星期天不良导体导热系数测定仪数字电压表铜-康铜热电偶第5页,共20页，2024年2月25日，星期天图3 热电偶第6页,共20页，2024年2月25日，星期天【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T1>T2)，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。第7页,共20页，2024年2月25日，星期天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。第8页,共20页，2024年2月25日，星期天实验中，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。第9页,共20页，2024年2月25日，星期天但要注意，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）第10页,共20页，2024年2月25日，星期天【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。第11页,共20页，2024年2月25日，星期天一、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。第12页,共20页，2024年2月25日，星期天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。第13页,共20页，2024年2月25日，星期天二、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。第14页,共20页，2024年2月25日，星期天【数据表格及数据处理】实验数据记录（铜的比热c=0.09097cal·g-1·

C-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)第15页,共20页，2024年2月25日，星期天稳态时T1、T2的值（转换见附录1的分度表）T1=T2=散热速率第16页,共20页，2024年2月25日，星期天【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。第17页,共20页，2024年2月25日，星期天【思考题】(1)散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若它不工作时实验能否进行？(2)本实验对环境条件有些什么要求？室温对实验结果有没有影响？