導(dǎo)熱系數(shù)實驗報告材料

1、實用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔一、【實驗?zāi)康摹坑梅€(wěn)態(tài)法測定金屬、空氣、橡皮的導(dǎo)熱系數(shù)。二、【實驗儀器】導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、銅-康導(dǎo)熱電偶、游標(biāo)卡尺、數(shù)字毫伏表、臺秤（公用）、杜瓦瓶、秒表、待測樣品（橡膠盤、鋁芯）、冰塊TiJI冰水混合物FD-TX-FPZ-II 導(dǎo)熱系數(shù)電壓表圖4-9-1穩(wěn)態(tài)法測定導(dǎo)熱系數(shù)實驗裝置三、【實驗原理】1、良導(dǎo)體（金屬、空氣）導(dǎo)熱系數(shù)的測定根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，取兩個垂直于熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為h、溫度分別為。1、0 2的平行平面（設(shè)。1。2）,若平面面積均為 S,在At時間內(nèi)通過面積 S的熱量AQ免租下述表達(dá)式:q 4瑪-匕）=SS（3-26-1 ）大h式中，也為熱流量

2、；人即為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，兒在數(shù)值上等于相距單位長度的兩平面t的溫度相差1個單位時，單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量，其單位是W/（m -K）。在支架上先放上圓銅盤 P,在P的上面放上待測樣品 B,再把帶發(fā)熱器的圓銅盤 A放在B上，發(fā)熱器通電后，熱量從 A盤傳到B盤，再傳到P盤，由于A,P都是良導(dǎo)體，其溫度即 可以代表B盤上、下表面的溫度。1、0 2,。1、。2分別才f入A、P盤邊緣小孔的熱電偶 E來 測量。熱電偶的冷端則浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通過“傳感器切換”開關(guān)G,切換A、P盤中的熱電偶與數(shù)字電壓表的連接回路。由式（3-26-1 ）可以知道，單位時間內(nèi)通過待測樣品B任一圓截面的熱流量為4

3、 XI 二喏thB(3-26-2)式中，RB為樣品的半徑，hB為樣品的厚度。當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，0 i和。2的值不變，遇事通過B盤上表面的熱流量與由銅盤 P向周圍環(huán)境散熱的速率相等， 因此，可通過銅盤PQ ， 一 一一 在穩(wěn)定溫度T2的散熱速率來求出熱流量 O實驗中，在讀得穩(wěn)定時。1和。2后，即可將B .t盤移去，而使 A盤的底面與銅盤 P直接接觸。當(dāng)銅盤 P的溫度上升到高于穩(wěn)定時的。2值若干攝氏度后，在將 A移開，讓P自然冷卻。觀察其溫度。隨時間t變化情況，然后由此求出銅盤在。2的冷卻速率22t,而mc竺e與與,就是銅盤P在溫度為0-22時的散熱速率。2、不良導(dǎo)體（橡皮）的測定導(dǎo)熱系數(shù)是

4、表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量。材料結(jié)構(gòu)的變化與所含雜質(zhì)的不同對材料導(dǎo) 熱系數(shù)數(shù)值都有明顯的影響，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常常需要由實驗去具體測定。測量導(dǎo)熱系數(shù)在這里我們用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對樣品加熱，樣品 內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)，樣品內(nèi)部各點的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動；適當(dāng)控制實驗條件和實驗參數(shù)可使加熱和傳熱的過程達(dá)到平衡狀態(tài)，則待測樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布，根據(jù)這一溫度分布就可以計算出導(dǎo)熱系數(shù)。而在動態(tài)法中， 最終在樣品內(nèi)部所形成的溫度分布是隨時間變化的，如呈周期性的變化， 變化的周期和幅度亦受實驗條件和加熱快慢的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小有關(guān)。本實驗應(yīng)用

5、穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體（橡皮木品）的導(dǎo)熱系數(shù)，學(xué)習(xí)用物體散熱速率求傳導(dǎo)速率的實驗方法。1898年C. H. Le e s .首先使用平板法測量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)，這是一種穩(wěn)態(tài)法， 實驗中，樣品制成平板狀，其上端面與一個穩(wěn)定的均勻發(fā)熱體充分接觸，下端面與一均勻散熱體相接觸。由于平板樣品的側(cè)面積比平板平面小很多，可以認(rèn)為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計，即可以認(rèn)為，樣品內(nèi)只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內(nèi)，各處的溫度相同。設(shè)穩(wěn)態(tài)時，樣品的上下平面溫度分別為12 ,根據(jù)傅立葉傳導(dǎo)方程，在 At時間內(nèi)通過Q 口1 - 712 c（1）式中人為樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，hB

6、二-S樣品的熱量AQ滿足下式：& hB為樣品的厚度，S為樣品的平面面積，實驗中樣品為圓盤狀。設(shè)圓盤樣品的直徑為dB ,則22Rb半徑為RB,則由（1）式得:hB實驗裝置如圖1所示、固定于底座的三個支架上，支撐著一個銅散熱盤P,散熱盤P可以借助底座內(nèi)的風(fēng)扇，達(dá)到穩(wěn)定有效的散熱。散熱盤上安放面積相同的圓盤樣品B,樣品B上放置一個圓盤狀加熱盤 C,其面積也與樣品 B的面積相同，加熱盤 C是由單片機控制的 自適應(yīng)電加熱，可以設(shè)定加熱盤的溫度。當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，樣品上下表面的溫度91和2不變，這時可以認(rèn)為加熱盤 C通過樣品傳遞的熱流量與散熱盤 P向周圍環(huán)境散熱量相等，因此可以通過散熱盤 P在

7、穩(wěn)定溫度：Q%時的散熱速率來求出熱流量狀。實驗時，當(dāng)測得穩(wěn)態(tài)時的樣品上下表面溫度露和外后，將樣品b抽去，讓加熱盤 C與散熱盤P接觸，當(dāng)散熱盤的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時的°2值20c或者20c以上后，移開加熱盤，讓散熱盤在電扇作用下冷卻，記錄散熱盤溫度 日隨時間t的下降情況，求出散熱盤在 生時的冷卻速率 & 8馬，則散熱盤P在當(dāng)時的散熱速率為:Q ：=mc t續(xù)i（3） 其中m為散熱盤P的質(zhì)量，c為其比熱容。在達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程中,P盤的上表面并未暴露在空氣中，而物體的冷卻速率與它的散熱表面積成正比，為此，穩(wěn)態(tài)時銅盤P的散熱速率的表達(dá)式應(yīng)作面積修正:QR RP 2 -RPhP一二 mc

8、 ,12(4)t t 一2-RP2 二 RPhP其中（為散熱盤P的半徑，hp為其厚度。由（2）式和（4）式可得:4hB二 dB2.3-：RP2 2 二 RPhPmc .2t -2-：RP 2.： RPhP(5)所以樣品的導(dǎo)熱系數(shù) 大為：Rp 2hphB1:;二 mcw2(6)t 2RP 2hP '-Z 二Rb四、【實驗步驟】1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測定根據(jù)上述裝置，由傅里葉導(dǎo)熱方程可知，通過待測樣品B盤的熱流量，QQ11T2t為： = >.-一2冗飛，實驗時，當(dāng)熱傳達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，91、。的值將穩(wěn)定不變，這t hB時可以認(rèn)為發(fā)散盤 A通過圓盤樣品上平面?zhèn)魅氲臒崃颗c由散熱盤向周圍環(huán)境散熱的速

9、率相實用文案等。因此可通過散熱盤 P在穩(wěn)定溫度。時的散熱速率求出熱流量,方法如下，當(dāng)讀得t穩(wěn)態(tài)時的。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£右時，再將發(fā)熱盤 A移開，附上原盤樣品(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的溫度數(shù)據(jù)，求出，銅盤 P在0 2的冷卻速率,則 mc-=-就是散熱在t匕"包0 。時的散熱速率，帶入式(2)得：m m mcMh2 (3)(9i -02)X11 X R(3)式中，m為銅盤質(zhì)量，C為銅的比熱容。2、空氣導(dǎo)熱系數(shù)的

10、測量步驟同上3、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定(1)取下固定螺絲，將橡皮樣品放在加熱盤與散熱盤中間，橡皮樣品要求與加熱盤散熱 盤完全對準(zhǔn)；要求上下絕熱薄板對準(zhǔn)加熱和散熱盤。調(diào)節(jié)底部的三個微調(diào)螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好，但注意不宜過緊或過松：(2)按照圖1所示，插好加熱盤的電源插頭；再將 2根連接線的一端與機殼相連，另 一有傳感器端插在加熱盤和散熱盤小孔中，要求傳感器完全插入小孔中，并在傳感器上抹一些硅油或者導(dǎo)熱硅脂，以確保傳感器與加熱盤和散熱盤接觸良好。在安放加熱盤和散熱盤時，還應(yīng)注意使放置傳感器的孔上下對齊(注意：加熱盤和散熱盤兩個傳感器要一一對應(yīng)，不可互換)(3)接上導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的電源

11、，開啟電源后，左邊表頭首先顯示從FDHC然后顯示當(dāng)時溫度，當(dāng)轉(zhuǎn)換至 b= = =時，用戶可以設(shè)定控制溫度。設(shè)置完成按“確定”鍵，加熱盤 即開始加熱。右邊顯示散熱盤的當(dāng)時溫度。(4)加熱盤的溫度上升到設(shè)定溫度值時，開始記錄散熱盤的溫度，可每隔一分鐘記錄一 次，待在10分鐘或更長的時間內(nèi)加熱盤和散熱盤的溫度值基本不變，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn) 定狀態(tài)了。(5)按復(fù)位鍵停止加熱，取走樣品，調(diào)節(jié)三個螺栓使加熱盤和散熱盤接觸良好，再設(shè)定溫度到80C,加快散熱盤的溫度上升，使散熱盤溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時的電值20c左右即可。(6)移去加熱盤，讓散熱圓盤在風(fēng)扇作用下冷卻，每隔 1 0秒(或者3 0秒)記錄一次散Ae

12、l熱盤的溫度示值，由臨近 "2值的溫度數(shù)據(jù)中計算冷卻速率"t I" = "2。也可以根據(jù)記錄數(shù)據(jù)做冷卻曲線，用鏡尺法作曲線在點的切線，根據(jù)切線斜率計算冷卻速率。9 日A(7)根據(jù)測量得到的穩(wěn)態(tài)時的溫度值1和2以及在溫度2時的冷卻速率，由公式二 mc 寸Rp 2hp4hB1/q r +)h 2 f g g > J 2(2RP 2hp)( 1 - 2計算不良導(dǎo)體樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。五、【實驗數(shù)據(jù)處理】1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)實驗數(shù)據(jù)處理實驗前測得室溫t=18.0 C;散熱盤B的直徑為2R=13.02cm,即半徑 R=6.51cm, 厚度為 hB=0.79cm,質(zhì)量

13、 m=889.3.g;加熱盤 A的直徑為2R=13.02cm,即半徑 R=6.51cm。銅的比熱容 c =0.0917cal/（gK）。1、用TC-3型固體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀來測量空氣的熱導(dǎo)率 hc=1.07 mm （所測得數(shù)據(jù)如下）穩(wěn)態(tài)時Ti、F的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i123456789平均61( mv)3.313.293.283.333.283.263.273.313,323.28862( mv)1.162.862.852.862.872.872.862.852.872.861T(s)0306090120150180210& (mV)3.303.183.083.002.942.892

14、.862.84冷卻速率圖t/sh 1將數(shù)據(jù)代入公式 九二mc x 父 2得入=407.28 w m kt 一二 R22、空氣導(dǎo)熱系數(shù)實驗數(shù)據(jù)處理穩(wěn)態(tài)時Ti、T2的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i12345平均01 (mV2.922.932.932.932.932.930 2 (mV1.621.621.621.621.621.62冷卻速率t (s)0306090120150180(mV/s) * 840 2 (mV1.821.711.621.531.441.351.260.0031冷卻速率圖象分析如下:h=1.25mmt將數(shù)據(jù)代入（c）可算出入=3.02 X 10-2W/ （m? C）3、橡膠導(dǎo)熱系數(shù)實

15、驗數(shù)據(jù)處理樣品：橡膠；室溫：18 c；散熱盤比熱容（黃銅）：C= 0.0917 J /（Kg K）;散熱盤質(zhì)量：m= 889.3 g ;散熱盤P的厚度hp= 0.78 mm ;散熱盤 P的半徑：RP = 6.51 mm ;橡皮樣品厚度 hB = 0.80 mm ;橡皮樣品直徑dB = 6.51*2mm43.523.523.513.503.503.503.493.503.493.4942.492.502.512.512.522.522.522.532.532.53穩(wěn)態(tài)時（1 0分鐘內(nèi)溫度基本保持不變，樣品上表面的溫度示值4 = 3.502 C.樣品下表面溫度示值 *2= 2.516 C。每隔30

16、秒記錄一次散熱盤冷卻時的溫度示值，如下表:散熱盤每隔30秒自然冷卻時溫度記錄0 / c2.602.552.502.442.402.36t=0.0016作冷卻曲線得到：標(biāo)準(zhǔn)文檔2.652.62.552.5m 2.45e 2.42.352.32.252.2冷卻速率圖t/s將以上數(shù)據(jù)代入公式(6)計算得到:A9二mc tRp 2hp4hB1心 2Rp 2hp 9 二dB2=5.02 x 10A ( 4 ) cal / ( s? cm? C ) =0.21W ( m? C )【實驗總結(jié)】：由實驗數(shù)據(jù)可得銅的導(dǎo)熱系數(shù)最大，導(dǎo)熱性能最好，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)最小, 不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)居中。1、實驗誤差、黃銅的導(dǎo)

17、熱系數(shù)= = 407.28 w m-1 k-1 ,入0 = 401w m1 k1 ；、二一：一-100% = 407.28 401 100% =1.57%0401、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)-2112- 11兒=3.02 x 10 w m k ,兒o=2.61 父10 w m k ；g =/100% = 3.02父10-2.y10100%=15.71%02.61 10(3)、不良導(dǎo)體(橡皮)的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)處理11T 1=0.21 w m k , 0=0.2 w m k ；6=T*100% = y"00%=5% 2、誤差產(chǎn)生的原因?qū)嶒炛须妷鹤x數(shù)誤差為 0.01mv,游標(biāo)卡尺的測量誤差為 0.02m

18、mo在實驗過程中由于人員走動過，導(dǎo)致空氣流通，散失熱量造成誤差且空氣的厚度在測量中也會造成誤差。由于升溫、降溫不好控制導(dǎo)致實驗誤差。由于實驗時間比較長，室溫可能在實驗中有變化。由于儀器使用時間過長發(fā)生磨損，可能造成系統(tǒng)誤差。綜合設(shè)計性實驗心得通過測定良導(dǎo)體（銅、空氣）、不良導(dǎo)體（橡膠）的導(dǎo)熱系數(shù)實驗，我們組的各 同學(xué)都明白了要用1、測良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法 2、導(dǎo)熱 系數(shù)的物理意義是什么？ 3、測入要滿足什么條件，怎樣保證這些條件？ 4、測量 冷卻速率時，為什么要在穩(wěn)態(tài)溫度82附近取值？一、 測良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法測量導(dǎo)熱系數(shù)我們組用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對樣品加熱，樣品內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)， 樣品內(nèi)部各點的溫度將隨加熱 快慢和傳熱快慢的影響而變動；適當(dāng)控制實驗條件和實驗參數(shù)可使加熱和傳熱的 過程達(dá)到平衡狀態(tài)，則待測樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布， 根據(jù)這一溫度分 布就可以計算出導(dǎo)熱系數(shù)。而在動態(tài)法中，最終在樣品內(nèi)部所形成的溫度分布是 隨時間變化的，如呈周期性的變化，變化的周期和幅度亦受實驗條件和加熱快慢 的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小