第1讲静电场——电荷守恒定律库仑定律电场强度-物理试验中心.DOC

导热系数的测定 【教学目的】 1．用稳态法测定不良导热体橡胶的热导率，并与公认值进行比较； 2．学习用热电偶进行温度测量。 【重 难 点】 1．稳态法的理解； 2．导热系数测定仪的正确使用。 【教学方法】 讲授、讨论、实验演示相结合 【学 时】 3个学时 一、前言 导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，它不仅是评价材料热学特性的依据，也是材料在设计应用时的一个依据。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的导热系数常用实验的方法测定。测量导热系数的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。 本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测量不良导体导热系数的实验方法。稳态法，即先利用热源在样品内形成稳定的温度分布，然后再用热电偶测量其温度，并通过测其散热速率来测传热速率，最后傅立叶导热方程式求出导热系数。YBF-2型导热系数测试仪可采用稳态法对橡皮、陶瓷、牛筋、金属、空气的导热系数进行测定，也可对铜康铜热电偶温度计定标。温度可采用手动和自动两种方式进行控制。自动控制由PID智能温度控制器实现，它可以任意设定加热温度（室温～100℃）。电压通过铜-康铜热电偶进行测量，测量范围-200℃～300℃。 1．热电偶温度计将两种不同的导体结合成闭合回路，若两接点的温度不同，回路中将产生电动势，这个电动势就为热电动势，这种现象为热电效应，这两种不同的金属导体的组合就为热电偶，或叫温差电偶。热电偶温度计就是利用热电效应来测量温度的。其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端也称为测)，另一端叫做冷端也称为；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会出热电偶所产生的热电势。两种导体的材料固定以后，热电动势由接点的温度差确定，即位差已知时，热电动势随之确定，反之亦然。若放在温度已知的恒温物质（如冰水）中，放在待测温度中，那么测量出热电动势就可以决定待测温度。导热方程导热系数的测定原理是以法国数学、物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热方程式为基础的。该方程式指出：在物体内部，在垂直于导热方向上，两个相距为h，面积为，温度分别为T1、T2的平行平面，在Δt秒内，从一个平面传到另一个平面的热量ΔQ，满足下述表式： 式中ΔQ/Δt定义为传热速率，λ定义为该物质的导热系数，亦称热导率，“”号表示热量向低温的方向传递，由此可知对于样品B有： 式中hB，SB和T都易测得，而ΔQ/Δt可由稳态法测出。传热速率 对如图所示的热学系统，当系统处于稳定状态时，样品B上、下面的温度T1、T2不变，表明通过A向样品B的传热速率与样品通过P的散热速率相等因此可通过求P的散热速率得到传热速率，而散热速率由的冷却曲线求出。 在实验中，当温度T1、T2不变时，取走样品B，让底直接与接触加热，使的温度上升到比T2高10℃左右后，再将让自然冷却，测量相隔30s的温度值，比T2低5℃左右止，然后求出下铜在稳定温度T2附近的冷却速率。 冷却速率就是散热在T2时的散热速率。式中、分别为铜的质量和比热。考虑到加热移后，在散热散热时，其表面全部暴露在空气中冷却，即其散热面积为，而实验中通过加热达到稳态传热时，散热铜的上表面面积为是被样品覆盖着的，散热的散热面积为。基于物体的冷却速率与它的散热面积成正比，故需对冷却速率作如下修正，即 式中RP、hP分别为散热P的半径和厚度 又，所以，导热系数 实验中使用数字电压表测量热电偶在有温度变化时所反映出的电压差V，故上式为： V1、V2对应于T1、T2数字电压表的读数。1．用游标卡尺测量下铜的几何尺寸，其比热容C=3.805*102J/Kg·℃。2．先放置好待测样品及下铜（散热），调节托架上的三个微调螺丝，使待测与上、下铜接触良好。安置、时须使放置热电偶的洞孔与保温瓶在同侧。热电偶Ⅰ插入洞孔，热电偶Ⅱ插入下铜板P洞孔内。插热电偶时，要硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与接触良好，热电偶冷端插在保温瓶中的冰水混合物中。3．将风扇电源开启，实验结束后再关闭。4．将温度设定为60℃。控制方式选为“”，手动控制选为“高”档，当温度达到6℃后拨至“低”档，控制方式改为“自动”。分钟后，开启“计数”键，每隔60s下Ⅰ、Ⅱ示数V1、V2，如V1、V2值即可认为已达稳态V2值Vc。5．移去，V2值Vc高出0.3mv时，撤去上铜板，使下铜自然冷却，每隔30秒V2，V2值Vc低0.2mv时，停止记录。作的V2t冷却速率曲线，求出Vc点的冷却速率。 五、数据表格及数据处理 1．基本物理量的测量 下铜板的质量 样品的半径 样品的厚度 下铜板的比热 下铜板的厚度 下铜板的半径 3.805×102J/kg.℃ 2．稳定状态时的电压V1和V2 V1（mv） V2（