文档介绍：在杜瓦瓶G中放入冰水混合物,将两热电偶I的冷端(两条黑线)插入杜瓦瓶中,热电偶的热端(两条红... (2)本实验选用铜-康铜热电偶,温差100K时,。...*实验十三固体热导率的测量
【实验目的】
,并与公认值进行比较;
。
【实验原理】
测量热导率的方法比较多,可以归并为两类基本方法:一类是稳态法;另一类为动态法。用稳态法时,先用热源对测试样品进行加热,并在样品内部形成稳定的温度分布,然后进行测量;而在动态法中,待测样品中的温度分布是随时间变化的,例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。
根据傅立叶导热方程式,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1和T2(设T1 >T2 )的平行平面,若平面面积均为ΔS,则在Δt时间内通过面积ΔS的热量ΔQ满足下述表达式: (13-1)
式中即为该物质的热导率,也称导热系数。由此可知,热导率是一个表示物质热传导性能的物理量,其数值等于两相距单位长度的平行平面上、当温度相差一个单位时、在单位时间内垂直通过单位面积所流过的热量,其单位为W/mK。材料的结构变化与杂质多寡对热导率都有明显的影响;同时,热导率一般随温度而变化,所以,实验时对材料成份、温度等都要一并记录。
我们这里使用的TC-3型热导率测定仪,就是采用稳态法测量不良导体、金属、空气等多种材料热导率的一体化实验仪器,由五大部分组成(具体结构如图13-1所示):
(1)加热源:电热管加热铜板;
(2)测试样品支架:支架、样品板,散热铜板、风扇;
(3)测温部分:热电偶,数字式毫伏表,杜瓦瓶;
(4)数字计时装置:计时范围166分钟,;
(5)PID自动温度控制装置:控制精度,分辨率。
在支架上先放上圆铜盘B,在B的上面放上待测样品C(圆盘形的不良导体),再把带发热器的圆铜盘A放在C上。发热器通电后,热量从A盘传到C盘,再传到B盘,由于A、B盘都是良导体,其温度即可以代表C盘上、下表面的温度T1和T2,T1 、T2分别由插入A、B盘边缘小孔的热电偶I来测量,热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶G中的冰水混合物中,通过传感器切换开关KI切换A、B盘中的热电偶II、III与数字电压表F的连接回路。由式(13-1)可以知道,单位时间内通过待测样品C任一圆截面的热流量为(13-2)
式中Rc为样品的半径,hc为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时,T1和T2的值不变, 于是通过样品盘C上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环境散热的速率相等,因此,可通过铜盘B在稳定温度T2 时的散热速率来求出热流量。实验中,在读得稳定时的T1、T2后,即可将C盘移去,而使盘A的底面与铜盘B直接接触。当盘B的温度上升到高于稳定时的值T2若干摄氏度或()后,再将圆盘A移开,让铜盘B自然冷却。观察其温度T2随时间t变化情况,然后由此求出铜盘B在T2 的冷却速率,而
(mB为紫铜盘B的质量,c为铜材的比热容),就是紫铜盘B在温度为T2 时的散热速率。但要注意:这样求出的是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率,其散热表面积为(其中RB与hB分别为紫铜盘B的半径与厚度)。然而,在观察测试样品C的稳态传热时,B盘的上表面(面积为)