實(shí)驗(yàn)2-18-不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)218 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)，工程上又稱熱導(dǎo)率，是描述材料性能的一個(gè)重要參數(shù)，在物體的散熱和保溫工程實(shí)踐中如鍋爐制造、房屋設(shè)計(jì)、冰箱生產(chǎn)等都要涉及這一參數(shù)。由于材料結(jié)構(gòu)的變化對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)有明顯的影響，導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量不僅在工程實(shí)踐中有重要的實(shí)際意義，而且對(duì)新材料的研制和開發(fā)也具有重要意義。測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法一般分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類。測(cè)量良導(dǎo)體和不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的方法各有不同。對(duì)于良導(dǎo)體，常用流體換熱法測(cè)量所傳遞的熱量，計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)；對(duì)于不良導(dǎo)體，通過測(cè)量傳熱速率，間接測(cè)量所傳遞的熱量，計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。穩(wěn)態(tài)平板法是測(cè)量不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的一種常用方法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系

2、數(shù)的測(cè)定方法穩(wěn)態(tài)平板法。2利用物體的散熱速率求傳熱速率。3了解相關(guān)儀器及熱電偶測(cè)溫度。圖2181【實(shí)驗(yàn)儀器】本實(shí)驗(yàn)所用儀器有：實(shí)驗(yàn)裝置、紅外燈、調(diào)壓器、杜瓦瓶、熱電偶、電壓表、秒表等。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2181所示，在支架D上先后放上圓銅盤C、待測(cè)樣品B和厚底紫銅圓筒A。在A的上方用紅外燈L加熱，使樣品上、下表面各維持穩(wěn)定的溫度T1、T2，它們的數(shù)值分別用各自的熱電偶E來(lái)測(cè)量，E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H內(nèi)的冰水混合物中。G為雙刀雙向開關(guān)，用以變換上、下熱電偶的測(cè)量回路，電壓表F用以測(cè)量溫差電勢(shì)?！緦?shí)驗(yàn)原理】熱傳導(dǎo)理論指出，只要物質(zhì)內(nèi)部的溫度不均勻，便有熱量傳遞。根據(jù)熱傳導(dǎo)定律，沿直線Z方向，在dt時(shí)間

3、內(nèi)通過垂直于L方向上的面積元ds傳遞的熱量為 式中負(fù)號(hào)表示熱量沿著溫度降低的方向傳遞；是溫度梯度；為導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)于一個(gè)厚度為h、面積為S的圓形板狀的不良導(dǎo)體，若維持上、下面穩(wěn)定的溫度- 19 - / 4T1和T2,其側(cè)面絕熱，則在時(shí)間t內(nèi)，沿著與S面垂直方向上傳遞熱量可表示為 （2181）本實(shí)驗(yàn)裝置如圖2181所示，由上述熱傳導(dǎo)基本公式通過待測(cè)樣品B板的傳熱速率可寫成： （2182）式中hB為樣品厚度，RB 為樣品圓板的半徑，T1為樣品圓板上表面的溫度，T2為其下表面的溫度，為樣品B的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，T1和T2溫度值穩(wěn)定不變，通過B板的傳熱率與黃銅盤C向周圍環(huán)境的散熱速率完全相

4、等。因而可通過黃銅盤C在穩(wěn)定溫度T2時(shí)的散熱率來(lái)求出Q/t。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)讀得穩(wěn)態(tài)時(shí)的T1、T2后，即可將樣品B板取走，讓圓筒的底盤與下盤C接觸，使盤C的溫度上升到高于T2若干度后，再將圓筒A移去，讓黃銅盤C作自然冷卻，求出黃銅盤在T2附近時(shí)的冷卻速率。則（m為黃銅盤的質(zhì)量，c為黃銅盤的比熱）就是黃銅盤C在T2時(shí)的散熱率。但由此求出的T/t是黃銅盤C的全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，即散熱表面積為，而實(shí)驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，C盤的上表面面積RC2是被測(cè)樣品所覆蓋著的，考慮到物體的冷卻速率與它的表面成正比，校正后，本儀器在穩(wěn)態(tài)時(shí)的傳熱速率為： （2183）式中RC、hC分別為黃銅盤C的半徑與厚度。將上

5、式代入到（2182）式中得： （2184）式中RB、hB分別為樣品如橡皮圓盤的半徑與厚度?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1測(cè)量并記錄樣品圓板B和黃銅盤C的幾何尺寸RB、RC、hB、hC（多次測(cè)量取平均值）以及黃銅盤質(zhì)量m。2安裝調(diào)整儀器，連接測(cè)溫、測(cè)壓線路。圓筒A底盤的側(cè)面和黃銅盤C的側(cè)面，都有插熱電偶的小孔。安置圓筒、圓盤時(shí)要注意使小孔皆與杜瓦瓶、毫伏計(jì)在同一側(cè)。熱電偶熱端插入小孔時(shí)，要粘上些硅油，并插到底部，使熱電偶與銅盤接觸良好。同樣，熱電偶冷端處的細(xì)玻璃試管內(nèi)，也要灌入適當(dāng)?shù)墓栌?，再浸入冰水中?根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下表面溫度T1、T2。為了提高效率，加熱時(shí)先將紅外燈的電壓調(diào)到180至200伏，

6、加熱約20分鐘后再降至130至150伏。在整個(gè)升溫過程中，每隔二分鐘讀一下溫度示數(shù)。若十分鐘內(nèi)，樣品上下表面溫度T1、T2示值都不變時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。4記錄下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的T1、T2后，抽出樣品盤，使圓筒A與銅盤C接觸加熱，當(dāng)銅盤C溫度比T2高出10左右后，再移去A圓筒。讓盤C自然冷卻，每隔30秒讀一下C盤溫度示值，由其中鄰近T2的溫度值求出冷卻速率?！咀⒁馐马?xiàng)】1紅外燈電源電壓不得超過210伏。2取出樣品盤時(shí)，注意其溫度避免燙傷?！緮?shù)據(jù)處理】1. 測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)樣品： 室溫： ；散熱圓銅盤C比熱容：C= ； 散熱圓銅盤C質(zhì)量：m= g；厚度h(mm)半徑R(mm)散熱圓盤C橡皮樣品絕緣樣品穩(wěn)態(tài)時(shí)，樣品上表面的溫度T1= ，下表面的溫度T2= 散熱圓銅盤C自然冷卻時(shí)溫度記錄1234567T()891011121314T()2. 根據(jù)冷卻曲線來(lái)求出溫度在T2附近時(shí)的冷卻速率。3按公式（2184）計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)?！舅伎碱}與習(xí)題】1試述穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的基本思想方法？   2待測(cè)圓板是厚一點(diǎn)好，還是薄一點(diǎn)好？為什么？3實(shí)驗(yàn)過程中，環(huán)境溫度的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)有無(wú)影響？為什么？4.