實驗2-18-不良導體導熱系數(shù)的測定

1、實驗218 不良導體導熱系數(shù)的測定導熱系數(shù)，工程上又稱熱導率，是描述材料性能的一個重要參數(shù)，在物體的散熱和保溫工程實踐中如鍋爐制造、房屋設計、冰箱生產(chǎn)等都要涉及這一參數(shù)。由于材料結(jié)構的變化對導熱系數(shù)有明顯的影響，導熱系數(shù)的測量不僅在工程實踐中有重要的實際意義，而且對新材料的研制和開發(fā)也具有重要意義。測量導熱系數(shù)的實驗方法一般分為穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法兩類。測量良導體和不良導體導熱系數(shù)的方法各有不同。對于良導體，常用流體換熱法測量所傳遞的熱量，計算導熱系數(shù)；對于不良導體，通過測量傳熱速率，間接測量所傳遞的熱量，計算導熱系數(shù)。穩(wěn)態(tài)平板法是測量不良導體導熱系數(shù)的一種常用方法?！緦嶒災康摹?掌握不良導體導熱系

2、數(shù)的測定方法穩(wěn)態(tài)平板法。2利用物體的散熱速率求傳熱速率。3了解相關儀器及熱電偶測溫度。圖2181【實驗儀器】本實驗所用儀器有：實驗裝置、紅外燈、調(diào)壓器、杜瓦瓶、熱電偶、電壓表、秒表等。實驗裝置如圖2181所示，在支架D上先后放上圓銅盤C、待測樣品B和厚底紫銅圓筒A。在A的上方用紅外燈L加熱，使樣品上、下表面各維持穩(wěn)定的溫度T1、T2，它們的數(shù)值分別用各自的熱電偶E來測量，E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H內(nèi)的冰水混合物中。G為雙刀雙向開關，用以變換上、下熱電偶的測量回路，電壓表F用以測量溫差電勢?！緦嶒炘怼繜醾鲗Ю碚撝赋?，只要物質(zhì)內(nèi)部的溫度不均勻，便有熱量傳遞。根據(jù)熱傳導定律，沿直線Z方向，在dt時間

3、內(nèi)通過垂直于L方向上的面積元ds傳遞的熱量為 式中負號表示熱量沿著溫度降低的方向傳遞；是溫度梯度；為導熱系數(shù)。對于一個厚度為h、面積為S的圓形板狀的不良導體，若維持上、下面穩(wěn)定的溫度- 19 - / 4T1和T2,其側(cè)面絕熱，則在時間t內(nèi)，沿著與S面垂直方向上傳遞熱量可表示為 （2181）本實驗裝置如圖2181所示，由上述熱傳導基本公式通過待測樣品B板的傳熱速率可寫成： （2182）式中hB為樣品厚度，RB 為樣品圓板的半徑，T1為樣品圓板上表面的溫度，T2為其下表面的溫度，為樣品B的導熱系數(shù)。當傳熱達到穩(wěn)定狀態(tài)時，T1和T2溫度值穩(wěn)定不變，通過B板的傳熱率與黃銅盤C向周圍環(huán)境的散熱速率完全相

4、等。因而可通過黃銅盤C在穩(wěn)定溫度T2時的散熱率來求出Q/t。實驗時，當讀得穩(wěn)態(tài)時的T1、T2后，即可將樣品B板取走，讓圓筒的底盤與下盤C接觸，使盤C的溫度上升到高于T2若干度后，再將圓筒A移去，讓黃銅盤C作自然冷卻，求出黃銅盤在T2附近時的冷卻速率。則（m為黃銅盤的質(zhì)量，c為黃銅盤的比熱）就是黃銅盤C在T2時的散熱率。但由此求出的T/t是黃銅盤C的全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，即散熱表面積為，而實驗中達到穩(wěn)態(tài)傳熱時，C盤的上表面面積RC2是被測樣品所覆蓋著的，考慮到物體的冷卻速率與它的表面成正比，校正后，本儀器在穩(wěn)態(tài)時的傳熱速率為： （2183）式中RC、hC分別為黃銅盤C的半徑與厚度。將上

5、式代入到（2182）式中得： （2184）式中RB、hB分別為樣品如橡皮圓盤的半徑與厚度?！緦嶒瀮?nèi)容】1測量并記錄樣品圓板B和黃銅盤C的幾何尺寸RB、RC、hB、hC（多次測量取平均值）以及黃銅盤質(zhì)量m。2安裝調(diào)整儀器，連接測溫、測壓線路。圓筒A底盤的側(cè)面和黃銅盤C的側(cè)面，都有插熱電偶的小孔。安置圓筒、圓盤時要注意使小孔皆與杜瓦瓶、毫伏計在同一側(cè)。熱電偶熱端插入小孔時，要粘上些硅油，并插到底部，使熱電偶與銅盤接觸良好。同樣，熱電偶冷端處的細玻璃試管內(nèi)，也要灌入適當?shù)墓栌停俳氡小?根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，記錄穩(wěn)態(tài)時樣品上下表面溫度T1、T2。為了提高效率，加熱時先將紅外燈的電壓調(diào)到180至200伏，

6、加熱約20分鐘后再降至130至150伏。在整個升溫過程中，每隔二分鐘讀一下溫度示數(shù)。若十分鐘內(nèi)，樣品上下表面溫度T1、T2示值都不變時，可認為已達穩(wěn)定狀態(tài)。4記錄下達到穩(wěn)定狀態(tài)的T1、T2后，抽出樣品盤，使圓筒A與銅盤C接觸加熱，當銅盤C溫度比T2高出10左右后，再移去A圓筒。讓盤C自然冷卻，每隔30秒讀一下C盤溫度示值，由其中鄰近T2的溫度值求出冷卻速率。【注意事項】1紅外燈電源電壓不得超過210伏。2取出樣品盤時，注意其溫度避免燙傷?！緮?shù)據(jù)處理】1. 測量與記錄數(shù)據(jù)樣品： 室溫： ；散熱圓銅盤C比熱容：C= ； 散熱圓銅盤C質(zhì)量：m= g；厚度h(mm)半徑R(mm)散熱圓盤C橡皮樣品絕緣樣品穩(wěn)態(tài)時，樣品上表面的溫度T1= ，下表面的溫度T2= 散熱圓銅盤C自然冷卻時溫度記錄1234567T()891011121314T()2. 根據(jù)冷卻曲線來求出溫度在T2附近時的冷卻速率。3按公式（2184）計算導熱系數(shù)?！舅伎碱}與習題】1試述穩(wěn)態(tài)法測不良導體導熱系數(shù)的基本思想方法？   2待測圓板是厚一點好，還是薄一點好？為什么？3實驗過程中，環(huán)境溫度的變化對實驗有無影響？為什么？4.