導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、導(dǎo) 熱 系 數(shù) 的 測(cè) 量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑梅€(wěn)態(tài)法測(cè)定出不良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較?！緦?shí)驗(yàn)儀器】導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀、銅-康導(dǎo)熱電偶、游標(biāo)卡尺、數(shù)字毫伏表、臺(tái)秤（公用）、杜瓦瓶、 秒表、待測(cè)樣品（橡膠盤(pán)、鋁芯）、冰塊【實(shí)驗(yàn)原理】根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為h、溫度分別為T(mén)i、T2的平行平面（設(shè)Ti>T2）,若平面面積均為S,在也t時(shí)間內(nèi)通過(guò)面積S的熱量厶Q免租下述表達(dá)式：S.：t(Ti -T2)(3-26-1)式中，罟為熱流量; 的兩平面的溫度相差，而 mc Tp：t即為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，在數(shù)值上等于相距單位長(zhǎng)度1個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位

2、面積的熱量，其單位是W (m K)。在支架上先放上圓銅盤(pán)P,在P的上面放上待測(cè)樣品B,再把帶發(fā)熱器的圓 銅盤(pán)A放在B上，發(fā)熱器通電后，熱量從 A盤(pán)傳到B盤(pán)，再傳到P盤(pán)，由于 A,P都是良導(dǎo)體，其溫度即可以代表 B盤(pán)上、下表面的溫度Ti、T2, Ti、T2分別 插入A、P盤(pán)邊緣小孔的熱電偶E來(lái)測(cè)量。熱電偶的冷端則浸在杜瓦瓶中的冰水 混合物中，通過(guò)“傳感器切換”開(kāi)關(guān) G,切換A、P盤(pán)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(shí)間內(nèi)通過(guò)待測(cè)樣品 B任一圓截面 的熱流量為(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(shí)， Ti和T2 的值不

3、變，遇事通過(guò)B盤(pán)上表面的熱流量與由銅盤(pán) P向周?chē)h(huán)境散熱的速率相 等，因此，可通過(guò)銅盤(pán)P在穩(wěn)定溫度T2的散熱速率來(lái)求出熱流量。實(shí)驗(yàn)中，t在讀得穩(wěn)定時(shí)Ti和T2后，即可將B盤(pán)移去，而使A盤(pán)的底面與銅盤(pán)P直接接 觸。當(dāng)銅盤(pán)P的溫度上升到高于穩(wěn)定時(shí)的 T2值若干攝氏度后，在將A移開(kāi)，讓 P自然冷卻。觀察其溫度T隨時(shí)間t變化情況，然后由此求出銅盤(pán)在T2的冷卻速，就是銅盤(pán)P在溫度為T(mén)2時(shí)的散熱速率。但要注意，這樣是銅盤(pán)P在完全表面暴露于空氣中的冷卻速率，其散熱表面積為2二RB2二Rphp。然而，在觀察測(cè)量樣品的穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)， P盤(pán)的上表面是被樣品 覆蓋著的，并未向外界散熱，所以當(dāng)樣品盤(pán) B達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，

4、散熱面積僅為： 二Rp - 2：Rphp。考慮到物體的冷卻速率與它的表面積成正比， 在穩(wěn)態(tài)是銅盤(pán)散熱 速率的表達(dá)式應(yīng)作如下修正:2(3-26-3)(3-26-4):Q：T(二 Rp 2 二 Rphp)metAt h互2 (2兀Rp +2兀Rphp)將式(3-26-3)代入(3-26-2)，得at|(Rp +21%血1二 me2：t t J2 (2Rp 2h p )(T1 _ T2)二 Rb【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、測(cè)量p盤(pán)和待測(cè)樣品的直徑、厚度，測(cè) p盤(pán)的質(zhì)量。要求：（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)量待測(cè)樣品直徑和厚度，各測(cè) 5次。（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)量p盤(pán)的直徑和厚度，測(cè)5次，按平均值計(jì)算p盤(pán)的質(zhì)量。（3）用電子秤稱(chēng)

5、出p盤(pán)的質(zhì)量、2、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量（1） 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將待測(cè)樣品放在散熱盤(pán) p上面，然后將發(fā)熱盤(pán)A放在樣品盤(pán)B 上方，并用固定螺母固定在機(jī)架上，再調(diào)節(jié)三個(gè)螺旋頭，使樣品盤(pán)的上下 兩個(gè)表面與發(fā)熱盤(pán)和散熱盤(pán)緊密接觸。（2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端插入杜瓦瓶中，將熱電偶的 熱端分別插入加熱盤(pán) A和散熱盤(pán)p側(cè)面的小孔中，并分別將其插入加熱 盤(pán)A和散熱盤(pán)p的熱電偶接線，連接到儀器面板的傳感器I、U上。分別用專(zhuān)用導(dǎo)線將儀器機(jī)箱后的接頭和加熱組件圓鋁板上的插座間加以連 接。（3）接通電源，在“溫度控制”儀表上設(shè)置加熱的上限溫度。 將加熱選擇開(kāi)關(guān) 由“斷”打向“ 1-3”任意一檔，此時(shí)指示

6、燈亮，當(dāng)打向 3檔時(shí)，加溫速 度最快（4） 大約加熱40分鐘后，傳感器I、U的讀數(shù)不再上升時(shí)，說(shuō)明已達(dá)到穩(wěn)態(tài)， 每隔5分鐘記錄Vt1和Vr2的值（5） 在實(shí)驗(yàn)中，如果需要掌握用直流電位差計(jì)和熱電偶來(lái)測(cè)量溫度的內(nèi)容，可 將“窗期切換”開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至“外接”，在“外接”兩接線柱 上接上UJ36a 型直流電位差計(jì)的“未知”端，即可測(cè)量散熱銅盤(pán)上熱電偶在溫度變化時(shí) 所產(chǎn)生的電勢(shì)差。（6） 測(cè)量散熱盤(pán)在穩(wěn)態(tài)值T2附近的散熱速率 山。移開(kāi)銅盤(pán)A,取下橡膠盤(pán)，Z丿并使銅盤(pán)A的底部與銅盤(pán)P直接接觸，當(dāng)P盤(pán)的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)值 VT2值若干度后，再將銅盤(pán) A移開(kāi)，讓銅盤(pán)P自然冷卻，每隔30秒記錄此 時(shí)的T2值。根據(jù)

7、測(cè)量值計(jì)算出散熱速率也t3、金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量(1) 將圓柱體金屬鋁棒置于發(fā)熱圓盤(pán)與散熱圓盤(pán)之間。Q：t(2) 當(dāng)發(fā)熱盤(pán)與散熱盤(pán)達(dá)到穩(wěn)定的溫度分布后， 、T2值為金屬樣品上下兩個(gè) 面的溫度，此時(shí)散熱盤(pán)P的溫度為T(mén)3值。因此，測(cè)量P盤(pán)的冷卻速率為(3-26-5)由此得到導(dǎo)熱系數(shù)為.AT二 mcT 3(RP 2hP) h 1(2Rp 2hp) (-T2)黍(3-26-6)=0.12767測(cè)T3值時(shí)可在Ti、T2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將插在發(fā)熱圓盤(pán)與散熱圓盤(pán)中的熱電偶取出, 分別插入金屬圓柱體上的上下兩孔中進(jìn)行測(cè)量?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】1、銅的比熱容c=393J/(kgC)1散熱盤(pán)P:質(zhì)量m= 9。92 g半徑

8、RDp 6.5。4 cm12345Dp / cm13.00012.99213.00213.00613.004Hp/ cm0.7800.7760.7180.7800.7761橡膠盤(pán)：半徑 Rb=DB 二 6.5002 cm212345Db / cm12.96013.04012.96013.06213.000hB / cm0.7800.8020.7820.7900.796穩(wěn)態(tài)時(shí) Ti、T2 的值，Ti=2.84T2= 1.96412345Vti2.882.862.842.822.80Vt21.711.711.701.681.67散熱速率:時(shí)間/ s3060901201501802102402703