導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)報(bào)告材料

1、實(shí)用文檔一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑梅€(wěn)態(tài)法測(cè)定金屬、空氣、橡皮的導(dǎo)熱系數(shù)。二、【實(shí)驗(yàn)儀器】導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀、銅-康導(dǎo)熱電偶、游標(biāo)卡尺、數(shù)字毫伏表、臺(tái)秤（公用）、杜瓦瓶、秒表、待測(cè)樣品（橡膠盤、鋁芯）、冰塊ABC冰水混合物電源,輸入數(shù)子電壓表調(diào)零FD-TX-FPZ-II導(dǎo)熱系數(shù)電壓表圖4-9-1穩(wěn)態(tài)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置三、【實(shí)驗(yàn)原理】1、良導(dǎo)體（金屬、空氣）導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為h、溫度分別為。1、。2的平行平面（設(shè)。1。2）,若平面面積均為S,在t時(shí)間內(nèi)通過面積S的熱量Q免租下述表達(dá)式：S（2（3-26-1）th式中，一Q為熱流量；即為該物質(zhì)

2、的導(dǎo)熱系數(shù)，在數(shù)值上等于相距單位長度的兩平面t的溫度相差1個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量，其單位是W/（mK）。在支架上先放上圓銅盤P,在P的上面放上待測(cè)樣品B,再把帶發(fā)熱器的圓銅盤A放在標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔B上，發(fā)熱器通電后，熱量從A盤傳到B盤，再傳到P盤，由于A,P都是良導(dǎo)體，其溫度即可以代表B盤上、下表面的溫度。1、02,。1、。2分別才f入A、P盤邊緣小孔的熱電偶E來測(cè)量。熱電偶的冷端則浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通過“傳感器切換”開關(guān)G,切換A、P盤中的熱電偶與數(shù)字電壓表的連接回路。由式（3-26-1）可以知道，單位時(shí)間內(nèi)通過待測(cè)樣品B任一圓截面的熱流量為Q（12）2U且RB（3

3、-26-2）thB式中，R為樣品的半徑，hB為樣品的厚度。當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，01和。2的值不變，遇事通過B盤上表面的熱流量與由銅盤P向周圍環(huán)境散熱的速率相等，因此，可通過銅盤PQ-，,一一一在穩(wěn)定溫度T2的散熱速率來求出熱流量O實(shí)驗(yàn)中，在讀得穩(wěn)定時(shí)。1和。2后，即可將Bt盤移去，而使A盤的底面與銅盤P直接接觸。當(dāng)銅盤P的溫度上升到高于穩(wěn)定時(shí)的。2值若干攝氏度后，在將A移開，讓P自然冷卻。觀察其溫度。隨時(shí)間t變化情況，然后由此求出銅盤在。2的冷卻速率一，就是銅盤P在溫度為。2時(shí)的散熱速率。22、不良導(dǎo)體（橡皮）的測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量。材料結(jié)構(gòu)的變化與所含雜質(zhì)的不同對(duì)材料

4、導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值都有明顯的影響，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常常需要由實(shí)驗(yàn)去具體測(cè)定。測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)在這里我們用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對(duì)樣品加熱，樣品內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)，樣品內(nèi)部各點(diǎn)的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動(dòng)；適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)可使加熱和傳熱的過程達(dá)到平衡狀態(tài)，則待測(cè)樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布，根據(jù)這一溫度分布就可以計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。而在動(dòng)態(tài)法中，最終在樣品內(nèi)部所形成的溫度分布是隨時(shí)間變化的，如呈周期性的變化，變化的周期和幅度亦受實(shí)驗(yàn)條件和加熱快慢的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不良導(dǎo)體（橡皮木品）的導(dǎo)熱系數(shù)，學(xué)習(xí)用物體散熱速率求傳導(dǎo)速率的

5、實(shí)驗(yàn)方法。1898年C.H.Lees.首先使用平板法測(cè)量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)，這是一種穩(wěn)態(tài)法，實(shí)驗(yàn)中，樣品制成平板狀，其上端面與一個(gè)穩(wěn)定的均勻發(fā)熱體充分接觸，下端面與一均勻散熱體相接觸。由于平板樣品的側(cè)面積比平板平面小很多，可以認(rèn)為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計(jì)，即可以認(rèn)為，樣品內(nèi)只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內(nèi)，各處的溫度相同。Q樣品的熱量Q滿足下式：t設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)，樣品的上下平面溫度分別為12,根據(jù)傅立葉傳導(dǎo)方程，在t時(shí)間內(nèi)通過1-2s.hB（1）式中為樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，hB為樣品的厚度，S為樣品的平面面積，實(shí)驗(yàn)中樣品為圓盤狀。設(shè)圓盤樣品的直徑為dB

6、,則半徑為Rb,則由（1）式得:hB-Rb2(2)標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示、固定于底座的三個(gè)支架上，支撐著一個(gè)銅散熱盤P,散熱盤P可以借助底座內(nèi)的風(fēng)扇，達(dá)到穩(wěn)定有效的散熱。散熱盤上安放面積相同的圓盤樣品B,樣品B上放置一個(gè)圓盤狀加熱盤C,其面積也與樣品B的面積相同，加熱盤C是由單片機(jī)控制的自適應(yīng)電加熱，可以設(shè)定加熱盤的溫度。當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，樣品上下表面的溫度1和2不變，這時(shí)可以認(rèn)為加熱盤C通過樣品傳遞的熱流量與散熱盤P向周圍環(huán)境散熱量相等，因此可以通過散熱盤P在穩(wěn)定溫度Q2時(shí)的散熱速率來求出熱流量t。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)測(cè)得穩(wěn)態(tài)時(shí)的樣品上下表面溫度1和2后，將樣品B抽去，讓加熱盤C與散熱

7、盤P接觸，當(dāng)散熱盤的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的2值20c或者20c以上后，移開加熱盤，讓散熱盤在電扇作用下冷卻，記錄散熱盤溫度隨時(shí)間t的下降情況，求出散熱盤在2時(shí)的冷卻速率t2,則散熱盤P在2時(shí)的散熱速率為:Qmc2tt(3)其中m為散熱盤P的質(zhì)量，c為其比熱容。在達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程中,P盤的上表面并未暴露在空氣中，而物體的冷卻速率與它的散熱表面積成正比，為此,穩(wěn)態(tài)時(shí)銅盤P的散熱速率的表達(dá)式應(yīng)作面積修正:QmcttRp22RPhP2一2Rp2RPhP(4)其中Rp為散熱盤P的半徑,hp為其厚度。由(2)式和(4)式可得:124hBdB2mctRp22RPhP2一2Rp2RPhP(5)所以樣品的導(dǎo)熱系數(shù)

8、為:mctRp2hPhB12Rp2hP1Rb2(6)四、【實(shí)驗(yàn)步驟】1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定根據(jù)上述裝置，由傅里葉導(dǎo)熱方程可知，通過待測(cè)樣品B盤的熱流量,Q一Q2t為：二一2Rb，實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)熱傳達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，01、。的值將穩(wěn)定不變，這thB時(shí)可以認(rèn)為發(fā)散盤A通過圓盤樣品上平面?zhèn)魅氲臒崃颗c由散熱盤向周圍環(huán)境散熱的速率相標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔等。因此可通過散熱盤P在穩(wěn)定溫度。時(shí)的散熱速率求出熱流量,方法如下，當(dāng)讀得t穩(wěn)態(tài)時(shí)的。1、。2后，將樣品B盤抽去，讓發(fā)熱盤A的底面與散熱盤P直接接觸，使盤P的溫度上升到比。2高出1m/右時(shí)，再將發(fā)熱盤A移開，附上原盤樣品(或絕緣圓盤)，讓散熱盤P冷卻電扇仍處于工作狀態(tài)，

9、每隔30秒鐘讀一下散熱盤的溫度示值，選取鄰近。2的溫度數(shù)據(jù)，求出，銅盤P在02的冷卻速率一，則mc就是散熱在tl2t2t0時(shí)的散熱速率，帶入式(2)得：mc-(3)t|2(12)R2(3)式中，m為銅盤質(zhì)量，C為銅的比熱容。2、空氣導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量步驟同上3、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定(1)取下固定螺絲，將橡皮樣品放在加熱盤與散熱盤中間，橡皮樣品要求與加熱盤散熱盤完全對(duì)準(zhǔn)；要求上下絕熱薄板對(duì)準(zhǔn)加熱和散熱盤。調(diào)節(jié)底部的三個(gè)微調(diào)螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好，但注意不宜過緊或過松：(2)按照?qǐng)D1所示，插好加熱盤的電源插頭；再將2根連接線的一端與機(jī)殼相連，另一有傳感器端插在加熱盤和散熱盤小孔中，要求

10、傳感器完全插入小孔中，并在傳感器上抹一些硅油或者導(dǎo)熱硅脂，以確保傳感器與加熱盤和散熱盤接觸良好。在安放加熱盤和散熱盤時(shí)，還應(yīng)注意使放置傳感器的孔上下對(duì)齊(注意：加熱盤和散熱盤兩個(gè)傳感器要一一對(duì)應(yīng)，不可互換)(3)接上導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的電源，開啟電源后，左邊表頭首先顯示從FDHC然后顯示當(dāng)時(shí)溫度，當(dāng)轉(zhuǎn)換至b=時(shí)，用戶可以設(shè)定控制溫度。設(shè)置完成按“確定”鍵，加熱盤即開始加熱。右邊顯示散熱盤的當(dāng)時(shí)溫度。(4)加熱盤的溫度上升到設(shè)定溫度值時(shí)，開始記錄散熱盤的溫度，可每隔一分鐘記錄一次，待在10分鐘或更長的時(shí)間內(nèi)加熱盤和散熱盤的溫度值基本不變，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)了。(5)按復(fù)位鍵停止加熱，取走樣品，

11、調(diào)節(jié)三個(gè)螺栓使加熱盤和散熱盤接觸良好，再設(shè)定溫度到80C,加快散熱盤的溫度上升，使散熱盤溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的2值20c左右即可。(6)移去加熱盤，讓散熱圓盤在風(fēng)扇作用下冷卻，每隔10秒(或者30秒)記錄一次散-I熱盤的溫度示值，由臨近2值的溫度數(shù)據(jù)中計(jì)算冷卻速率t12。也可以根據(jù)記錄數(shù)據(jù)做冷卻曲線，用鏡尺法作曲線在2點(diǎn)的切線，根據(jù)切線斜率計(jì)算冷卻速率。(7)根據(jù)測(cè)量得到的穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度值1和2以及在溫度2時(shí)的冷卻速率，由公式RP2hP4hB1mc2-Tt2Rp2hp12dB計(jì)算不良導(dǎo)體樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。五、【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)前測(cè)得室溫t=18.0C;

12、散熱盤B的直徑為2R=13.02cm,即半徑R=6.51cm,厚度為hB=0.79cm,質(zhì)量m=889.3.g;加熱盤A的直徑為2R=13.02cm,即半徑R=6.51cm。銅的比熱容c=0.0917cal/（gK）。1、用TCH3型固體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀來測(cè)量空氣的熱導(dǎo)率hC=1.07mm（所測(cè)得數(shù)據(jù)如下）穩(wěn)態(tài)時(shí)Ti、F的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i123456789平均1(mv)3.313.293.283.333.283.263.273.313,323.2882(mv)1.162.862.852.862.872.872.862.852.872.861t03060901201501802102(mV

13、)3.303.183.083.002.942.892.862.84冷卻速率圖t/sh111將數(shù)據(jù)代入公式mc2得入=407.28wmkt12R2標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔2、空氣導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理穩(wěn)態(tài)時(shí)Ti、T2的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i12345平均01(mV2.922.932.932.932.932.9302(mV1.621.621.621.621.621.62冷卻速率t(s)0306090120150180(mV/s)t202(mV1.821.711.621.531.441.351.260.0031冷卻速率圖象分析如下:h=1.25mmt(s)將數(shù)據(jù)代入（c）可算出入=3.02X10-2W/（m

14、?C）3、橡膠導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理樣品：橡膠；室溫：J8C；散熱盤比熱容（黃銅）：C=0.0917J/（KgK）;散熱盤質(zhì)量：m=889.3g;散熱盤P的厚度hP=0.78mm;散熱盤P的半徑：RP=6.51mm;橡皮樣品厚度hB=0.80mm;橡皮樣品直徑dB=6.51*2mm13.523.523.513.503.503.503.493.503.493.4922.492.502.512.512.522.522.522.532.532.53穩(wěn)態(tài)時(shí)（10分鐘內(nèi)溫度基本保持不變，樣品上表面的溫度示值=3.502C.樣品下表面溫度示值2=2.516C。標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔每隔30秒記錄一次散熱盤冷卻時(shí)的

15、溫度示值，如下表:散熱盤每隔30秒自然冷卻時(shí)溫度記錄0/c2.602.552.502.442.402.36t2=0,0016作冷卻曲線得到：冷卻速率圖t/sRP2hP4hB1mc2將以上數(shù)據(jù)代入公式(6)計(jì)算得到：t2Rp2hp12dB=5.02x10A(4)cal/(s?cm?C)=0.21叱(m?C)【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得銅的導(dǎo)熱系數(shù)最大，導(dǎo)熱性能最好，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)最小，不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)居中。1、實(shí)驗(yàn)誤差、黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)1111=407.28wmk,0401wmk；!一J100%=407,28401100%1.57%0401、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)-2一112一11=3.02X10wmk

16、,o=2.61102wmk-一一一,一2-,-2100%=3.0210要10100%=15.71%02,61102(3)、不良導(dǎo)體(橡皮)的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)處理11110.21wmk,0=0,2wmk；標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔100%=2100%5%2、誤差產(chǎn)生的原因?qū)嶒?yàn)中電壓讀數(shù)誤差為0.01mv,游標(biāo)卡尺的測(cè)量誤差為0.02mmo在實(shí)驗(yàn)過程中由于人員走動(dòng)過，導(dǎo)致空氣流通，散失熱量造成誤差且空氣的厚度在測(cè)量中也會(huì)造成誤差。由于升溫、降溫不好控制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較長，室溫可能在實(shí)驗(yàn)中有變化。由于儀器使用時(shí)間過長發(fā)生磨損，可能造成系統(tǒng)誤差。標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)心得通過測(cè)定良導(dǎo)體（銅、空

17、氣）、不良導(dǎo)體（橡膠）的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)，我們組的各同學(xué)都明白了要用1、測(cè)良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法2、導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是什么？3、測(cè)入要滿足什么條件，怎樣保證這些條件？4、測(cè)量冷卻速率時(shí)，為什么要在穩(wěn)態(tài)溫度82附近取值？一、測(cè)良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)我們組用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對(duì)樣品加熱，樣品內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)，樣品內(nèi)部各點(diǎn)的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動(dòng)；適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)可使加熱和傳熱的過程達(dá)到平衡狀態(tài)，則待測(cè)樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布，根據(jù)這一溫度分布就可以計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。而在動(dòng)態(tài)法中，最終在樣品

18、內(nèi)部所形成的溫度分布是隨時(shí)間變化的，如呈周期性的變化，變化的周期和幅度亦受實(shí)驗(yàn)條件和加熱快慢的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量良導(dǎo)體（銅、空氣）、不良導(dǎo)體（橡皮卞品）的導(dǎo)熱系數(shù)，學(xué)習(xí)用物體散熱速率求傳導(dǎo)速率的實(shí)驗(yàn)方法。二、導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義：導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量。導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,C）,在1秒內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，用人表示，單位為瓦/（米度），w/（mk）（W/m-K,此處的K可用C代替。導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。材料結(jié)構(gòu)的變化與所含雜質(zhì)的不同對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值都有明顯的影響，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常常需要由實(shí)驗(yàn)去具體測(cè)定。三、測(cè)入要滿足什么條件，怎樣保證這些條件？測(cè)81、82系統(tǒng)要處于穩(wěn)定態(tài)，