文档介绍：测定固体导热系数
预习要求(30’)
(课前需写好,做实验前评分)
一、实验名称(参考课本)测定固体导热系数
二、实验仪器材料(参考课本) TC-3导热系数测定仪,杜瓦瓶,游标卡尺。
三、实验目的要求(参考课本)
用稳态法测定不良导热体的导热系数,并与理论值进行比较。
*用稳态法测定金属良导热体的导热系数,并与理论值进行比较。
四、实验原理(参考课本)
根据傅立叶导热方程式,在物体内部,取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为θ1、θ2的平行平面(设θ1>θ2),若平面面积均为S,在δt时间内通过面积S的热量δQ满足下述表达式:
( 1 )
式中为热流量,λ即为该物质的热导率(又称作导热系数),λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是。
本实验仪器如图所示:
( 2 )
观察其温度随时间t变化情况,然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率,而。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比,则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正:
( 3 )
将式(3)代入式(2),得:
( 4 )
TC-3型导热系数测定仪
杜瓦瓶
θ1和θ2为B盘上、下表面的温度,是通过分别插入A、P盘边缘小孔热电偶E来测量。
由式(1)可以知道,单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为
五、实验内容与步骤(参考课本)
在测量导热系数前应对散热盘P和待测样品的直径、厚度进行测量。
用游标卡尺测量待测样品直径和厚度,各测5次。
用游标卡尺测量散热盘P的直径和厚度,各测5次,按平均值计算P盘的质量。并用天平称出P盘的质量。
测量不良导热体(硅橡胶材料)的导热系数
把硅橡胶盘放入加热盘A和散热盘P之间,调节散热盘P下方的三颗螺丝,使得硅橡胶盘B与加热盘A和散热盘P紧密接触,必要时涂上导热硅胶以保证接触良好。
在杜瓦瓶中放入冰水混合物,将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中,热端分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔中,并分别将热电偶的接线连接到导热系数测定仪的传感器Ⅰ、Ⅱ上。
接通电源,在“温度控制”仪表上设置加温的最高温度200度(具体操作见附录)。将加热开关由“断”打向“1-3”任意一档,“3”档加温速度最快。当传感器Ⅰ,可将开关打向“2”或“1”档,约40min。
待达到稳态时(),再每隔2min记录θ1和θ2的值。
测量散热盘P在稳态值θ2附近的散热速率:移开加热盘A,取下硅橡胶盘,并使加热盘A与散热盘P直接接触,,再将加热盘A移开,让散热盘P自然冷却,每隔30s记录此时的θ2值。
注:由于热电偶冷端温度为0℃,所以当温度变化范围不太大时,其温差电势mV值与待测温度值的比是一个常数,因此在用公式(4)计算λ值时,可直接用温差电势的数值取代温度值。
*测量金属良导热体的导热系数
测量稳态时的θ1、先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端,并在金属圆筒两端涂上导热硅胶,然后置于加热盘A和散热盘P之间,调节散热盘P下方的三颗螺丝,使金属圆筒与加热盘A及散热盘P紧密接触。
在杜瓦瓶中放入冰水混合物,将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中,热端分别插入金属