文档介绍：良导体导热系数测量实验
北方民族大学基础物理实验中心大学物理实验指导书
导热系数是表征物质热传导性质的物理量。热传导是热交换的三种(热传导、对流和辐射)基本形式之一,是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题,材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构,热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移,在金属中电子流起支配作用,在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。本实验仪采用稳定流动法测量良导体(黄铜)的导热系数,测量原理是传统的,而测量方法是新颖的。
一、实验目的
,掌握其实验要点;
;
,用稳定流动法测定黄铜的导热系数。
二、实验仪器
图-1 良导体黄铜样品
三、实验原理
设有一粗细均匀的金属圆柱体,其一端为高温端,另一端为低温端,测定时热量将从高温端流向低温端。高温端被加热一段时间之后,若圆柱体上各处的温度不变,而且向
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综合性实验稳态法测量不良导体的导热系数
圆柱体侧面散失的热量也可以忽略时,则在相等的时间内,通过圆柱体各横截面的热量应该相等,这种状态称为热量稳定流动状态。如图1所示,假设通过截面A1B1的热量多于通过截面A2B2的热量,则在两个截面之间的一段圆柱体上就有热量的积聚,温度就要升高,既然圆柱体上各处的温度不变,则说明通过各截面的热量必然相等。
图2 良导体导热系数测定的原理图
通过圆柱体各横截面的热量在热量稳定流动状态下,在τ时间内,沿圆柱体各截面流过的热量Q按傅里叶热传导方程有
Q??StT1?T2 l (1)
(1)式中:S为圆柱体横截面积,T1、T2为横截面A1B1、A2B2处的温度,l为二截面间距离,比例系数λ即为被测材料的导热系数。
导热系数λ的大小表示物质单位长度内温度差为1℃时,在单位时间内通过单位截面所传导的热量,单位为W?m?K。由方程(1)可知,测定良导体导热系数的关键问题是维持热量稳定流动状态与测定t时间内从圆柱体棒中所传过的热量Q。常使用稳定流动法,即使棒的一端保持稳定的高温,另一端用温度一定,流动速度一定的冷水来吸收棒中传导过来的热量。在热量稳定流动状态下,t时间内流出的冷却水质量为m,其温度由流入时的T4升高到T3,则被水带走的热量?1?1
Q?mc(T3?T4)
(2)式中c为水的比热容。(2)
将式(1)以及S??d/4(d为圆柱体直径)代人式(2)便可求出λ,即 2
??4mlc(T3?T4) ?d2(T1?T2)t (3)
(3)式中T1、T2、T3、T4可用高精度的数字式的温度传感器测量。
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北方民族大学基础物理实验中心大学物理实验指导书
为了实现热量通过样品稳定流动的目的,仪器采用三项措施:(1)保持实验时通过圆柱体各处的热量恒定,防止从圆柱体侧面向外界散发热量,将整个圆柱体用保温材料缠绕并放在保温箱中;(2)高温端热源采用温控器稳定热端的温度,以利于缩短试样热流达到稳定所需的时间;(3)采用液位控制器使流入仪器的冷却水保持恒定的水