導(dǎo)熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 導(dǎo)熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)導(dǎo)熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)是用穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體、金屬、空氣等多種材料的導(dǎo)熱系數(shù)。由于采用電熱管加熱，熱電偶測溫，設(shè)計(jì)先進(jìn)，使用方便，結(jié)構(gòu)安全、性能可靠。【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 目目 的的 】 測定金屬、橡皮、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 原原 理理 】 式中定義為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，亦稱熱導(dǎo)率。由此可知，導(dǎo)熱系數(shù)是表示物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能的物理量，其數(shù)值等于二相距單位長度的平行平面上，當(dāng)溫度相差一個(gè)單位時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，垂直通過單位面積所流過的熱量。 測定導(dǎo)熱系數(shù)的原理是法國數(shù)學(xué)、物理學(xué)家約瑟夫.傅立葉給出的導(dǎo)熱方程式。該方程式指出，在物理內(nèi)部，垂直于導(dǎo)熱方向上，二個(gè)相距為h，

2、面積為A，溫度分別為1 、2的平行平面，在t秒內(nèi)，從一個(gè)平面?zhèn)鞯搅硪粋€(gè)平面的熱量Q，滿足下述表達(dá)式：Qt 12h=（1）導(dǎo)熱系數(shù)的SI單位的瓦特每米開爾文單位符號為 ：W/(m0C)導(dǎo)熱系數(shù)的量綱為： Q hA tL MTLLTLMT22231導(dǎo)熱系數(shù)過去常用的非SI制單位是國際蒸汽表卡每秒厘米開爾文）：cal/（Scm0C)，它與SI單位的換算是：1cal/(ScmK)=418.68w/(mK) 材料的結(jié)構(gòu)變化與雜質(zhì)多少對導(dǎo)熱系數(shù)都有明顯的影響。同時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度而變化，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)對材料成份，溫度等都要一并記錄。 【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 儀儀 器器 】 1、熱源：電熱管、加熱銅板。2、樣品架：

3、樣品支架、樣品板。3、測溫部分：銅康銅熱電偶、數(shù)字式毫伏表。儀儀 器器 附附 件必備附件有：件必備附件有： 真空保溫杯真空保溫杯 一只；一只； 硬鋁樣品硬鋁樣品 一塊附絕緣圓盤一塊，供散熱一塊附絕緣圓盤一塊，供散熱時(shí)覆蓋用）時(shí)覆蓋用）橡橡 皮皮 樣品樣品 一塊；一塊； 熱電偶銅熱電偶銅- -康銅）康銅） 二根二根 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表 一臺(tái)一臺(tái) 塞尺塞尺( (測片測片) ) 一把一把 本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，固定于底上的三個(gè)測微螺旋頭支撐著一銅散熱盤P，在散熱盤P上，安放一待測的圓盤樣品B，樣品B上再安放一圓筒發(fā)熱體，圓筒發(fā)熱體由電熱板提供熱源，實(shí)驗(yàn)時(shí)一方面發(fā)熱體底盤A直接將熱量通過樣品上平面?zhèn)?/p>

4、入樣品，另一方面散熱盤P籍電扇有效穩(wěn)定地散熱 ，使傳入樣品的熱量不斷往樣品的下平面散出，當(dāng)傳入的熱量等于散出的熱量時(shí)樣品處于穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)，這時(shí)發(fā)熱盤A與散熱盤P的溫度為一定的數(shù)值。 當(dāng)待測樣品為空氣層時(shí)，可利用測片調(diào)節(jié)三螺旋頭使散熱盤與熱盤相距一定的距離 h ，此即待測定空氣層的厚度。3.000 mv H A B C G E D F P 圖1：穩(wěn)態(tài)法測定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置圖A-A-帶電熱板的發(fā)熱盤帶電熱板的發(fā)熱盤 B-B-樣品樣品 C-C-螺旋頭螺旋頭D-D-樣品支架樣品支架 E-E-風(fēng)扇風(fēng)扇 F-F-熱電偶熱電偶 G-G-真空保溫杯真空保溫杯 H-H-數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表 P-P-散熱盤散熱盤

5、【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 儀儀 器器 】 【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 內(nèi)內(nèi) 容容 】 1、取下固定螺絲，將樣品放在加熱盤與散熱盤中間，然后固定：調(diào)理 底部的三個(gè)微調(diào)螺母，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好；2、將電熱偶的兩插頭插在表盤的測2上，把冷端放在裝有冰水混合物 的杜瓦瓶內(nèi)的細(xì)玻璃管中，熱端插在散熱金的小插孔上：將另一熱 電偶插在表盤的測1內(nèi)，冷端也放入杜瓦瓶內(nèi)的另一細(xì)管中；熱端 插入加熱盤上的小插孔中；3、插好加熱板的電源插頭；再將駝線的一端與數(shù)字電壓表相連，另一 端插在表盤的中間位置；4、最后，分別接好導(dǎo)熱系數(shù)測定儀與數(shù)字電壓表的電源。5、調(diào)節(jié)數(shù)字電壓表的調(diào)零旋鈕，再將加熱開關(guān)撥至220V檔，開始加熱；6、待

6、穩(wěn)定后，可以將切換開關(guān)分別撥至測1和測2端，記錄此刻樣品上、 下表面的溫度；（每隔3分鐘讀樣品上下表面的溫度，若在10分鐘 內(nèi)樣品上下表面的溫度示數(shù)都不變?？梢哉J(rèn)為己經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。7、移去樣品，使加熱盤與散熱盤較好的接觸，再將加熱開關(guān)撥至 220V 檔。加熱散熱盤?！?實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 內(nèi)內(nèi) 容容 】8、移開加熱板，在散熱盤上放置膠木板，使散熱盤自然冷卻；穩(wěn)定狀 態(tài)時(shí)，通過樣品上表面的熱流量與由散熱盤向周圍環(huán)境散熱的速率 相等，當(dāng)散熱盤冷卻至穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度。記錄此時(shí)的散熱速率以求出 熱流量。 根據(jù)上述裝置，由傅立葉導(dǎo)熱方程式可知，通過待測樣品B盤的熱流量，Q/t為：QtRh 212（2）式中h為樣品

7、厚度，R為圓盤樣品的半徑，為樣品熱導(dǎo)率、1 、2分別為穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下平面的溫度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，1 、2的值將穩(wěn)定不變，這時(shí)可以認(rèn)為發(fā)熱盤A通過圓盤樣品上平面?zhèn)魅氲臒崃颗c由散熱盤P向周圍環(huán)境散熱的速率相等。因此可通過散熱盤P在穩(wěn)定溫度2時(shí)的散熱速率求出熱流量Q/t，方法如下，當(dāng)讀得穩(wěn)態(tài)時(shí)的1 、2后，將樣品B盤抽去，讓發(fā)熱盤A的底面與散熱盤P直接接觸，使盤P的溫度上升到比2高出1mV左右時(shí)，再將發(fā)熱盤A移開，放上圓盤樣品或絕緣圓盤），讓散熱盤P冷卻電扇仍處于工作狀態(tài)，每隔30秒鐘讀一下散熱盤的溫度示值，選取鄰近2 的【 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 內(nèi)內(nèi) 容容 】 tQt|2的溫度數(shù)據(jù)，求出銅盤P在2

8、的冷卻速率 ，那么 mc 就是散熱在2時(shí)的散熱速率，代入式2得： t|2 mcthR|21221（3）(3)式中, m 為銅盤的質(zhì)量，C為銅的比熱容。 【 注注 意意 事事 項(xiàng)項(xiàng) 】 、1、在做穩(wěn)態(tài)法時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約要1個(gè)小時(shí)左右，為縮短時(shí)間，可先 將熱板電源電壓打在220V快速加熱檔，幾分鐘后1 4.00mV即可 將開關(guān)撥至110V慢速加熱檔待1降至3.50mV左右時(shí)通過手動(dòng)調(diào)節(jié)電 熱板電壓220V檔、110V檔及0V檔，使1讀數(shù)在0.03mV范圍內(nèi)，同時(shí) 每隔2分鐘記下樣品上下圓盤A和P的溫度1 和2的數(shù)值，待2的 數(shù)值在10分鐘內(nèi)不變即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，記下此時(shí)的1 和 2值。2、測金屬的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)1 , 2值為穩(wěn)態(tài)時(shí)金屬樣品上下兩個(gè)面的溫 度，此時(shí)散熱盤P的溫度為3 值。因此測量P盤的冷卻速率應(yīng)為: t|3 mcthR|31221測3值時(shí)可在1、2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將上面測1 或2的熱電偶移下來進(jìn)行測量。3、圓筒發(fā)熱體A盤側(cè)面和散熱盤P的側(cè)面，都有供安插熱電偶的小孔，安 放發(fā)熱盤時(shí)此二小孔都應(yīng)與真空保溫杯在同一側(cè)，以免路線錯(cuò)亂。熱 電偶插入小孔時(shí)，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保證接觸良好。 熱電偶冷端插入浸于冰水中的細(xì)玻璃管內(nèi)，玻璃管內(nèi)也要灌入適當(dāng)?shù)?硅油。 【 注注 意意 事事 項(xiàng)項(xiàng) 】 4、樣品圓盤B和散熱盤P的