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不良导体导热系数的测量实验及改进
■闫钰龙201300121192
(山东大学信息科学与工程学院电信一班)
[摘要]以传热学相关理论及数学工具软件,对稳态法测量不良导体导热系数实验中的数据处理
进行改进。
[关键词]导热系数;稳态法;牛顿冷却定律;回归分析
2、实验原理
1、引言
导热系数是反映物质材料热传导能力的物理
量,在理论研究和工程应用上有重要的价值。其
定义为在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表图1热传导原理图
面温差为1度(K或℃)时,1s内通过1㎡的的
导热系数的测定基于热传导的基本公式——
面积传递的热量,单位为W/(m·K)。它与材料的
傅里叶方程:
组成、结构、密度、含水率、温度等影响因素有
关。而固体由自由电子和原子组成,原子被束缚⑴
在规律排列的晶格之中。在这种构形下,热能传
在方程中,表示在时间内通过面元传
导主要通过自由电子的迁移和晶格的振动波实现。
金属之中,电子对热传导的贡献最大。而本实验递的热量,是沿面元法向的温度梯度,即材
的不良导体中,晶格振动子起着主要作用。
料的导热系数,方程中的负号表示热流传递方向
由于导热系数牵涉了如此多的外部条件,所
与温度梯度的方向相反。
以具体材料的导热系数往往需要实验测定。测量
实验所采用的样品盘厚度为,面积为,侧
导热系数的方法分为稳态法和动态法两类,本次
面绝热,当上下表面分别被加热到和时
实验采用稳态法,通过加热和传热使得样品内部
,在时间内传导的热量为,导热系
形成稳定的温度分布,从而测得样品的导热系数。
数的表达式变为:
笔者在实验之余又对数据处理方式进行了些许改
进,并写入了本文之中,使之更接近于真实值。⑵
通过实验装置中的加热盘与散热盘分别对样
品盘上下表面进行加热与散热,使之达到热稳定
状态,而后撤去样品盘使之在左右自然散热。
1
结合散热盘的比热容与质量,并对有无样品的流体温度或密度不同,形成温度梯度或密度梯
盘覆盖时的散热盘散热面积进行修正,得到表达度而引起的热量流动。而强迫对流主要是借外力
式:作用(如风力)来维持发热体周围流体的流动而
引起的热量流动),而这两种模式其热流量梯度截
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