固體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量

1、體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量姓名：xxx_學(xué)校：XX蒔技人學(xué)學(xué)院：電子與信息工程學(xué)院班級(jí)：電子08-1班論文摘要：導(dǎo)熱系數(shù)又稱熱導(dǎo)率是表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理屋，對(duì)于不同材料的不同性質(zhì)，可采用不同的測(cè)試研究方法。因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常需要由實(shí)驗(yàn)具體測(cè)定。測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的方法一般分兩類：一類是穩(wěn)態(tài)法，另一類是動(dòng)態(tài)法。在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源在待測(cè)樣品內(nèi)形成一穩(wěn)定的溫度分布；然后進(jìn)行測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)我采用的是穩(wěn)態(tài)法測(cè)固體的導(dǎo)熱系數(shù)。關(guān)鍵字：固體導(dǎo)熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)法作圖法散熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊绾螠y(cè)定固體導(dǎo)熱系數(shù)。學(xué)會(huì)用作圖法求散熱速率。掌握用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量固體(橡膠盤)的導(dǎo)熱系數(shù)的原理。實(shí)驗(yàn)儀器TC-II導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀、FD-FP

2、211型導(dǎo)熱系數(shù)電壓表、熱電偶兩副、杜瓦瓶、天平、游標(biāo)卡尺、標(biāo)準(zhǔn)樣品、待測(cè)樣品。熱源：電熱管、加熱銅板。樣品架：樣品支架、樣品板。測(cè)溫部分：銅一康銅熱電偶、杜瓦瓶、FD-FP2-II型導(dǎo)熱系數(shù)電壓表。但使用中，樣品架的三個(gè)螺旋微頭是用來調(diào)節(jié)散熱盤和園筒加熱盤之間距離和平整度的。除測(cè)量金屬樣品時(shí)不用園筒前固定軸固定外，其它如測(cè)橡皮的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，均將園筒前的固定軸對(duì)準(zhǔn)樣品支架上的園孔插入，并用螺母旋緊。具體步驟是：先旋下螺母，將加熱園筒放下，使固定軸穿過圓孔，再將螺母旋上并擰緊，最后固定圓筒后的緊固螺釘，從而由三個(gè)螺旋測(cè)微頭來調(diào)節(jié)平面和待測(cè)樣品厚度。電熱管電源輸入端接在調(diào)壓開關(guān)上，軸流風(fēng)啟扇電源電

3、壓為220V,可直接插入市電插座。數(shù)字電壓表一般選用3mv實(shí)驗(yàn)原理傅里葉在研究了固體的熱傳定律后，建立了導(dǎo)熱定律。他指出，當(dāng)物體的內(nèi)部有溫度梯度存在時(shí)，熱量將從高溫處傳向低溫處。如果在物體內(nèi)部取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向，彼此相距為h的兩個(gè)平面，其面積元為D,溫度分別為7；和7；,則有恰-焊dSdtdx式中塑為導(dǎo)熱速率，為與面積元ds相垂直方向的溫度梯度，“一”表示熱量由高溫區(qū)域dtdx傳向低溫區(qū)域，幾即為導(dǎo)熱系數(shù)，是一種物性參數(shù)，表征的是材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣，其單位為W/(mK),對(duì)于各項(xiàng)異性材料，各個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)是不同的，常要用張量來表示。如圖所示，A、C是傳熱盤和散熱盤，B為樣品盤，設(shè)樣品盤的

4、厚度為心,上卞表面的面枳各為Sr=欣；，維持上卞表面有穩(wěn)定的溫度7；和0,這時(shí)通過樣品的導(dǎo)熱速率為dthBB在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下（7；和人值恒定不變）可以認(rèn)為：通過待測(cè)樣品B的導(dǎo)熱速率與散熱盤的周圍環(huán)境散熱的速率相等，則可以通圖4-9-1穩(wěn)態(tài)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝捏圖過銅盤C在穩(wěn)定溫度7；附近的散熱速率,求出樣品的導(dǎo)熱速率絲。St1-dt在穩(wěn)定傳熱時(shí)，C散熱盤的外表面積JT/?02+2JI/?chc,移去A盤后，C盤的散熱外表面積2欣；+2叭札、因?yàn)槲矬w的散熱速率與散熱面枳成正比，所以血_磯.(尺+2九).加_Rj2h.ggdt2RC(RC+h(.)dt2(RC+hc)dt由比熱容定義=me=mCc

5、,dtdtCv5dt所以,世=.叫._5邑dt“2(RC+hc)dt所以,加QCq嘰(Re+2兀)dT冰認(rèn)Re+Ac)(7-T2)dt實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用物理天平稱出散熱盤（銅盤）P的質(zhì)量加，單次測(cè)量，其比熱容：C=3.8X102J/kg-Co用游標(biāo)卡尺分別測(cè)出樣品盤（橡皮）B銅盤P的直徑和厚度力各測(cè)六次，然后取平均值。聯(lián)線。如實(shí)驗(yàn)裝置圖4-9-1所示，發(fā)熱盤A和散熱盤P的側(cè)面都有供安插熱電偶的小孔，放置儀器時(shí)，此兩孔都應(yīng)與杜瓦瓶在同一側(cè)。以免線路錯(cuò)亂。將橡皮樣品B放入發(fā)熱盤A與散熱盤C之間，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，熱電偶插入小孔時(shí)，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使熱電偶測(cè)量端與銅盤接觸良好。將一對(duì)熱

6、電偶的熱端（紅線端）插入到發(fā)熱盤A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的細(xì)玻璃管中，與導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量儀聯(lián)接。另一對(duì)熱電偶的熱端插入到散熱盤C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一細(xì)玻璃管中，與導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量儀聯(lián)接。它們的輸出端分別接在控制面板上的“測(cè)1”、“測(cè)2”插孔中，通過“測(cè)1”、“測(cè)2”轉(zhuǎn)換開關(guān)接到數(shù)字電壓表上。mv表輸出端短路，調(diào)節(jié)的調(diào)零旋鈕，調(diào)零、FD-FP2II型導(dǎo)熱系數(shù)電壓表并與導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量儀聯(lián)接。根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就要等待較長的時(shí)間，為了提高效率，可先將電源電壓開關(guān)K拔至高檔220V,開始加熱，待7；=3.5mv即可將開關(guān)改用低檔110V,開風(fēng)扇，待上升至4.5mv左右時(shí)，關(guān)電

7、源。通過手控調(diào)節(jié)電熱板開關(guān)K,K的電壓220或110v或Ov檔，使7；讀數(shù)變化在土0.03mv范圍內(nèi)。然后每隔2分鐘讀一次數(shù)字電壓表上的相應(yīng)溫度示值，如此反復(fù)，如在3min內(nèi)樣品上、下表面溫度門、兀示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。將切換開關(guān)撥向測(cè)2,測(cè)出7；、D溫度。移去B盤，使A、C盤直接接觸，使C盤溫度升高0.4mV,每隔30秒記一次，作圖。表二散熱平衡時(shí)溫度EJmvE2/mVE/mv2.82E2/mV2.24表一樣品盤、散熱盤參數(shù)匕/gJ/kgChjmmhc/mmDr/nunDc/mm913.63807.807.S012.96212.962表三散熱曲線數(shù)據(jù)記錄表格時(shí)間t/s03060

8、90120150溫度mV2.292.242.212.152.102.04時(shí)間t/s180210240270300330溫度mV1.961.891.811.772.151.73數(shù)據(jù)處理將測(cè)量值填入自擬表格中，數(shù)據(jù)如表一、二、三。計(jì)算入和相對(duì)誤差乂。Z由附表一，查到2.27111V對(duì)應(yīng)55.4C,2.20mV對(duì)應(yīng)54C.勺加5Cq九(Rc+2hc)dT0.9136*337.80(2962+2*7.80).空竺丄附3.1415*12.9622(12.962+7.80)(2.82-2.24)90一210相對(duì)誤差:AzT&4A/?r3A/?+-+6hcRc*100%=2.8555%0.020.040.0

9、10.010.080.06111117.812.962.822.247.812.962實(shí)驗(yàn)中電壓讀數(shù)誤差為=001wv，游標(biāo)卡尺的測(cè)量誤差為0.0211U11o注意事項(xiàng)手動(dòng)控制穩(wěn)態(tài)時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約1個(gè)小時(shí)左右；為縮短時(shí)間，為了提高效率，可先將電源電壓開關(guān)K拔至高檔220V,開始加熱，待人=3.5mv即可將開關(guān)改用低檔110V,開風(fēng)扇，待上升至4.5mv左右時(shí)，關(guān)電源。通過手控調(diào)節(jié)電熱板開關(guān)K,K的電壓220v或110v或Ov檔，使7；讀數(shù)變化在土0.03111V范圍內(nèi)。然后每隔2分鐘讀一次數(shù)字電壓表上的相應(yīng)溫度示值，如此反復(fù)，如在3min內(nèi)樣品上、下表面溫度門、D示值都不變，即可認(rèn)為己達(dá)到穩(wěn)

10、態(tài)狀態(tài)。將切換開關(guān)撥向測(cè)2,測(cè)出人、門溫度。（可直接以電動(dòng)勢(shì)值代表溫度值）為使系統(tǒng)周圍環(huán)境保持不變，風(fēng)扇一直開著。在測(cè)試C的散熱速率，取走試樣B之前，一定要先關(guān)掉電源，然后再讓圓筒與圓盤C接觸，同時(shí)絕不能用手去碰觸圓筒和圓盤。小心操作！否則會(huì)出事故，帶來嚴(yán)重燙傷后果。在接通電源加熱過程中，電壓撥到220V,加熱時(shí)間不要超過20分鐘，不然會(huì)損壞儀器。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷電源，保管好測(cè)量樣品。不要使樣品兩端劃傷，以至影響實(shí)驗(yàn)的精度。參考文獻(xiàn)：賈玉潤王公治凌佩玲，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，復(fù)旦大學(xué)出版社，171頁。耿完楨馬晶薛洪福，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下冊(cè)），哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，4頁。鐘讀敏，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，中國科學(xué)技術(shù)

11、大學(xué)出版社，122頁。附表附表一銅一康銅熱電偶分度表（參榊砒為09分度號(hào)：CK溫度012345678910溫度熱電動(dòng)勢(shì)（mV）00.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.1551.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.5691.61130401

12、.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.13131763.2213.2663.312335770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.7673.81380903.8133.8

13、593.9063.9523.9984.0144.0914.1374.1844.2314.277901004.2774.3244.3711.4184.4654.5124.5594.6074.6544.70147491001104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.1795.2271101205.2275.2755.3245.3725.4205.4695.5175.5665.6155.6635.7121201305.7125.7615.8105.8595.9085.9576.0076.0566.1056.1556.2041301406.2046.2546.3036.3536.4036.4526.5026.5526.6026.6526.7021401506.7026.7536.8036.8536.9036.9547.0047.0557.1067.1567.2071501607.2077.2587.3097.3607.4117.4627.5137.5647.6157.6667.7181601707.7187.7697.8217.8727.924