導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量

1、導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量第1頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三 預(yù) 備 知 識(shí) 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。大體上分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。本實(shí)驗(yàn)采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量材料熱導(dǎo)率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以加深對(duì)熱傳導(dǎo)規(guī)律的理解，體會(huì)使用參量轉(zhuǎn)換法的設(shè)計(jì)思想，掌握用溫度傳感器測(cè)量的方法。第2頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作數(shù)據(jù)處理第3頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三實(shí) 驗(yàn) 目 的1、掌握穩(wěn)態(tài)法測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法2、掌握一種用熱電轉(zhuǎn)換方式

2、進(jìn)行溫度測(cè)量的方法。第4頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三實(shí) 驗(yàn) 儀 器YBF2型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀杜瓦瓶測(cè)試樣品（硬鋁、橡皮）游標(biāo)卡尺等第5頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三儀 器 簡(jiǎn)介儀器采用低于36V的隔離電壓作為加熱電源，固定于底座上的個(gè)測(cè)微螺旋頭支撐著一個(gè)散熱圓銅盤，樣品上下面可與加熱銅盤及散熱銅盤緊密接觸。散熱盤下方有一軸流式風(fēng)扇，用來(lái)快速散熱，兩個(gè)熱電偶的冷端浸于杜瓦第6頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三瓶的冰水混合物中，熱端插入樣品上下的兩個(gè)小孔中。熱電偶的兩個(gè)接線端分別插在儀器面板上的相應(yīng)插座內(nèi)，利用面板上的開關(guān)可

3、方便地直接測(cè)出兩個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)。溫差電動(dòng)勢(shì)采用量程為20mV的數(shù)字電壓表測(cè)量，再根據(jù)銅康銅分度表轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值。第7頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三熱傳導(dǎo)定律:如果熱量沿著x方向傳導(dǎo)，那么在x軸上任意位置x0處取一個(gè)垂直截面S（如圖），以 表示在x處的溫度梯度，以 表示在該處傳熱率（單位時(shí)間通過(guò)截面S的熱量），實(shí) 驗(yàn) 原 理第8頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三式中負(fù)號(hào)表示熱量從高溫區(qū)向低穩(wěn)區(qū)傳導(dǎo)（即傳導(dǎo)的方向與溫度梯度的方向相反）。式中比例系數(shù)極即為熱導(dǎo)率，亦稱導(dǎo)熱系數(shù)。那么熱傳導(dǎo)定律可以表示成第9頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27

4、分，星期三 本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是給樣品造成一個(gè)穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)（如圖）在此狀態(tài)下，溫度梯度T1、T2是樣品上下表面的穩(wěn)定溫度，h是樣品的厚度。實(shí) 驗(yàn) 思 路第10頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三則樣品的傳熱速率熱導(dǎo)率令樣品的半徑為R ,高度為h 銅盤的半徑為RP ,高度為hP第11頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三 1、用游標(biāo)卡尺測(cè)量待測(cè)樣品和散熱盤的直徑和高度。 2、安裝、調(diào)整整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。安放樣品時(shí)，須使插入熱電偶的小孔與杜瓦瓶、數(shù)字電壓表位于同一側(cè)。調(diào)節(jié)散熱盤下面的三個(gè)螺旋測(cè)微頭，使待測(cè)樣品的上下表面與加熱盤和散熱盤緊密接觸。熱電偶熱端插入小孔底，保

5、證熱電偶熱端與樣品或銅盤接觸良好。熱電偶冷端插入杜瓦瓶中浸入冰水混合物中。 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容 與 操 作第12頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三3、根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，為得到穩(wěn)定的溫度分布，可先將電源電壓打到“高”檔，幾分鐘后1=4.00mv即可將開關(guān)撥到“低”檔，通過(guò)調(diào)節(jié)電熱板電壓“高”、“低”及“斷”電檔，使1讀數(shù)在0.03mv范圍內(nèi)，同時(shí)每隔30秒讀2的數(shù)值，如果在2分鐘內(nèi)樣品下表面溫度2示值不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)與1，2對(duì)應(yīng)的T1，T2值。 加熱過(guò)程中打開散熱盤下面的微型軸流式風(fēng)扇，以形成一個(gè)穩(wěn)定的散熱環(huán)境。穩(wěn)態(tài)后取下一支熱電偶，插入散熱盤小孔，記錄穩(wěn)態(tài)時(shí)

6、散熱盤溫度值T3 。 第13頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三4、取出樣品，使加熱盤與散熱盤直接接觸，再加熱。當(dāng)散熱盤溫度比穩(wěn)態(tài)時(shí)的T3高出約10（電壓表讀數(shù)約增加0.5mV）時(shí)，停止加熱，并立即移去加熱盤，讓散熱盤開始自然冷卻，并馬上每隔30s記錄一次散熱盤的溫度值，直到電壓表讀數(shù)比穩(wěn)態(tài)時(shí)低約0.5mV為止。 5、求冷卻速率。 以時(shí)間為X軸溫度為Y軸作出散熱盤的冷卻曲線，畫出經(jīng)過(guò)冷卻曲線上T3點(diǎn)的切線，其斜率即為溫度T3時(shí)散熱盤的冷卻速率。第14頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三 1、根據(jù)計(jì)算及其不確定度，正確表示結(jié)果。2. 將測(cè)得樣品的 與標(biāo)準(zhǔn)值 比較，計(jì)算 相對(duì)誤差。0：硬鋁熱導(dǎo)率的參考值（273K時(shí)） ， 0=140W/(mK)數(shù) 據(jù) 處 理第15頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三1、熱電偶絲較細(xì)，應(yīng)盡量避免彎折。 2、熱電偶測(cè)溫點(diǎn)必須與被測(cè)物體接觸良好。 3、實(shí)驗(yàn)中加熱盤、樣品、散熱盤等溫度比較高，注意避免燙傷。 4、不要?jiǎng)潅麡悠范嗣?，以免影響?shí)驗(yàn)精度。5、電壓表出現(xiàn)不穩(wěn)定或加熱時(shí)數(shù)值不變化，應(yīng)先檢查熱電偶及各個(gè)環(huán)節(jié)的接觸是否良好。 注 意 事 項(xiàng)第16頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)27分，星期三1、測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)要滿足哪些條件？在實(shí) 驗(yàn)中如何保證