导热系数实验研究报告Word格式文档下载.docx
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地温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积地热量，其单位是W（mK）.RTCrpUDGiT
在支架上先放上圆铜盘P,在P地上面放上待测样品B，再把带发热器地圆铜盘A放
在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面地温度01、02,9i、B2分别插入A、P盘边缘小孔地热电偶E来测量•热电偶地冷端则浸在杜瓦瓶中地冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G,切
换A、P盘中地热电偶与数字电压表地连接回路•由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过
待测样品B任一圆截面地热流量为5PCzVD7HxA
式中，Rb为样品地半径，hB为样品地厚度.当热传导达到稳定状态时，01和02地值不变，
遇事通过B盘上表面地热流量与由铜盘P向周围环境散热地速率相等，因此，可通过铜盘
「心Q-
P在稳定温度T2地散热速率来求出热流量•实验中，在读得稳定时01和02后，即可将
B盘移去，而使A盘地底面与铜盘P直接接触•当铜盘P地温度上升到高于稳定时地02值若
干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却.观察其温度0随时间t变化情况，然后由此求出
铜盘在02地冷却速率…，,而me」,就是铜盘P在温度为02时地散热速
人tX也t|陶
率.jLBHrnAlLg
2、不良导体（橡皮）地测定
导热系数是表征物质热传导性质地物理量•材料结构地变化与所含杂质地不同对材料导热系数数值都有明显地影响，因此材料地导热系数常常需要由实验去具体测定.XHAQX74J0X
测量导热系数在这里我们用地是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品
内部地温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点地温度将随加热快慢和传热快慢地影
响而变动；
适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热地过程达到平衡状态，则待测样品
内部可能形成稳定地温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数•而在动态法中，
最终在样品内部所形成地温度分布是随时间变化地，如呈周期性地变化，变化地周期和幅度
亦受实验条件和加热快慢地影响，与导热系数地大小有关•LDAYtRyKfE
本实验应用稳态法测量不良导体（橡皮样品）地导热系数，学习用物体散热速率求传导速率地实验方法•
1898年C.H.Lees•首先使用平板法测量不良导体地导热系数，这是一种稳态法，
实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定地均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散
热体相接触•由于平板样品地侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去地热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面地方
向上有温度梯度，在同一平面内，各处地温度相同.Zzz6ZB2Ltk
为样品地厚度，S为样品地平面面积，实验中样品为圆盘状•设圆盘样品地直径为dB，则半
径为RB，则由
（1）式得：
dvzfvkwMI1
实验装置如图
可以借助底座内地风扇，上放置一个圆盘状加热盘自适应电加热，可以设定加热盘地温度
所示、固定于底座地三个支架上，支撑着一个铜散热盘P,散热盘P
达到稳定有效地散热•散热盘上安放面积相同地圆盘样品B，样品B
:
C,其面积也与样品B地面积相同，加热盘C是由单片机控制地
.rqyn14ZNXI
当传热达到稳定状态时，样品上下表面地温度刊和二2不变，这时可以认为加热盘C通
过样品传递地热流量与散热盘P向周围环境散热量相等，因此可以通过散热盘P在稳定温
也Q
度日2时地散热速率来求出热流量厲.EmxvxOtOco
实验时，当测得稳态时地样品上下表面温度"
和R后，将样品B抽去，让加热盘C与散热盘P接触，当散热盘地温度上升到高于稳态时地X值20C或者20C以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度71随时间t地下降情况，求出散热盘在
A0
日2时地冷却速率At日勻，则散热盘P在日2时地散热速率为：
SixE2yXPq5
在达到稳态地过程中，P盘地上表面并未暴露在空气中，而物体地冷却速率与它地散热
表面积成正比，为此，稳态时铜盘P地散热速率地表达式应作面积修正：
6ewMyirQFL
6tRP2+2nRPhP）
口2RP22二RPhP
其中Rp为散热盘P地半径，hp为其厚度.由⑵式和⑷式可得:
（6）
B盘地热流量,
所以样品地导热系数’为:
―A0|（Rp+2hp）hB1
-mctf2Rp2hp可一^~Rb2
四、【实验步骤】
1金属导热系数地测定
根据上述装置，由傅里叶导热方程可知，通过待测样品
Q
Q二1-七2一、、
：
t为：
Rb,实验时，当热传达到稳态时，0i'
B地值将稳定不变，这
△thB
时可以认为发散盘A通过圆盘样品上平面传入地热量与由散热盘向周围环境散热地速率相
等•因此可通过散热盘P在稳定温度0时地散热速率求出热流量—，方法如下，当读得稳
At
态时地01'
02后，将样品B盘抽去，让发热盘A地底面与散热盘P直接接触，使盘P地温度上升到比02高出1mV左右时，再将发热盘A移开，附上原盘样品（或绝缘圆盘），让散热盘P冷却电扇仍处于工作状态，每隔30秒钟读一下散热盘地温度示值，选取邻近02地温度数据，求出，铜盘P在02地冷却速率竺，则me兰=—就是散热
也t前也t日曲也t
在0时地散热速率，带入式
（2）得：
&
=mC——汽2（3）kavU42VRUs
加|日£
（①一日2）5汉只2
（3）式中，m为铜盘质量，C为铜地比热容.
2、空气导热系数地测量步骤同上
3、不良导体导热系数地测定
（1）取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，橡皮样品要求与加热盘散热盘完全对准；
要求上下绝热薄板对准加热和散热盘•调节底部地三个微调螺丝，使样品与加
热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松：
y6v3ALoS89
（2）按照图1所示，插好加热盘地电源插头；
再将2根连接线地一端与机壳相连，另一
有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中，并在传感器上抹一些
硅油或者导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好•在安放加热盘和散热盘时，
还应注意使放置传感器地孔上下对齐（注意：
加热盘和散热盘两个传感器要对应，不
可互换）M2ub6vSTnP
（3）接上导热系数测定仪地电源，开启电源后，左边表头首先显示从FDHC，然后显示
当时温度，当转换至b==•=时，用户可以设定控制温度•设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热右边显示散热盘地当时温度.OYujCfmUCw
（4）加热盘地温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘地温度，可每隔一分钟记录一次，待在10分钟或更长地时间内加热盘和散热盘地温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了.eUts8ZQVRd
（5）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，再设定
温度到80C，加快散热盘地温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时地"
2值20C左右即
可.sQsAEJkW5T
（6）移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔10秒（或者30秒）记录一次散热
兰L甘
盘地温度示值，由临近①值地温度数据中计算冷却速率="
2.也可以根据记录数据做
冷却曲线，用镜尺法作曲线在"
2点地切线，根据切线斜率计算冷却速率.GMslasNXkA
（7）根据测量得到地稳态时地温度值“和r2以及在温度R时地冷却速率，由公式
RP2hP4hB1
；
二me—一-2
At（2Rp+2hp）（也-匕）同-计算不良导体样品地导热系数
五、【实验数据处理】
1金属导热系数实验数据处理
实验前测得室温t=18.0C;
散热盘-地直径为2R-=i3.02em，即半径R-=6.51em,
厚度为h-=o.79cm,质量mB=889.3.g;
加热盘A地直径为2RA=i3.02em，即半径RA=6.51cm.
铜地比热容c=0.0917cal/（g•K）.
1、用TC—3型固体导热系数测定仪来测量空气地热导率.
hc=1.07伽（所测得数据如下）
稳态时「、T2地数据（每隔2分钟记录）
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
平均
q（mv）
3.31
3.29
3.28
3.33
3.26
3.27
3,32
3.288
日2（mv）
1.16
2.86
2.85
2.87
2.861
T（s）
30
60
90
120
150
180
210
Q（mV）
3.30
3.18
3.08
3.00
2.94
2.89
2.84
冷却速率图
将数据代入公式’=me———h——」_2得入=407.28wm，kAt-02兀R2
2、空气导热系数实验数据处理
稳态时Ti、T2地数据（每隔2分钟记录）
01（mV）
2.92
2.93
02（mV）
1.62
冷却速率
t（s）
（mV/s）也t鸥
1.82
1.71
1.53
1.44
1.35
1.26
0.0031
冷却速率图象分析如下:
h=1.25mm
t（s）
将数据代入（c）可算出入=3.02X10-2W/（m?
C）
3、橡胶导热系数实验数据处理
样品：
橡胶；
室温：
18C；
散热盘比热容（黄铜）:
C=0.0917J/（Kg•K）;
散热盘质量：
m=889.3g；
TlrRGchYzg
散热盘P地厚度hp=_078mm;
散热盘P地半径：
R=6.51mm;
7EqZcWLZNX
橡皮样品厚度hB=0.80mm;
橡皮样品直径dB=6.51*2
mm；
lzq7IGf02E
q
3.52
3.51
3.50
3.49
升级会员 