《不良导体热导率的测定.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不良导体热导率的测定.ppt（21页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、稳态法测量不良导体的 热导率,北方民族大学物理实验中心,Fundamental physics experiment,热导率（又称导热系数）是反映材料热传导性能的重要物理量。某种材料的热导率不仅与材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中，所用材料的热导率都需要用实验的方法精确测定。,内 容,实验目的,掌握用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的热导率； 掌握用作图的方法求冷却速率； 学习温度传感器的应用方法；,实验仪器,导热系数测定仪 游标卡尺 电子天平 钢板尺 秒表,不良导体导热系数测定仪,数字电压表,铜-康铜热电偶,一 热传导遵循的基本规律
2、傅立叶定律：,传热速率Q/t 与该平面所在处的温度梯度成正比，与平面面积S 成正比。,热传导,注：该公式稳态法测量样品热导率的原理公式,实验原理,二 稳态法测不良导体的热导率：,原理公式：,稳态：经一段时间后，如果在样品的传热方向各截面的传热速率Q/t相同，那么样品内部将形成一个稳定的温度分布状态。稳态时样品上下温度将各自停留在某个温度。传热速率Q/t 和温度梯度（dT/dt）是一个确定的值。,关键是使样品内部形成稳定的传热状态。,实验原理,找稳态？,接通电源，打开主机底部小风扇，形成稳定的散热环境，将加热盘温度设定为80后开始加热，加热20分钟后，然后5分钟记录一组样品上下表面温度，若在10
3、分钟内，样品上下表面温度不变，则样品达到稳态，记录（T1，T2）。,实验原理,散热盘P的冷却曲线图,达到稳态后，将样品取下，让加热盘 与散热盘 直接接触，给散热盘加热。当散热盘的温度比2高出若干度后，移走加热盘。散热盘向周围散热，在散热盘散热的过程中，每秒记录一次散热盘温度，测得散热盘温度随时间变化的一组数据，利用该数据组绘制冷却曲线。,三 测量散热盘的散热速率,实验原理,所有面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的关系为：,部分面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的 关系为：,不良导体 的热导率为：,实验原理,实验内容及步骤,(1) 取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，
4、橡皮样品要求与加热盘、散热盘完全对齐。调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松；,(2) 按照图1所示，插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相连，另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中，并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。在安放加热盘和散热盘时，还应注意使放置传感器的小孔上下对齐。（注意：加热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不可互换。）,实验内容及步骤,(3) 接上导热系数测定仪的电源，开启电源后，仪器进入自检程序。左边表头首先显示FDHC，然后显示当时温度，当转换至b = = =时
5、，设定控制温度为80。设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热。右边显示散热盘的即时温度。,(4) 打开下方的风扇；,(5)加热盘的温度上升到设定温度值时，开始观察散热盘的温度（必要时可每隔一分钟记录一次），若在10分钟或更长的时间内加热盘和散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。,实验内容及步骤,(6)拧下固定螺丝，取走样品，再将加热盘和散热盘重新对齐，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，给散热盘加热使其温度上升到高于稳态T2 值5左右即可。,（7）移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔10秒（或者20秒）记录一次散热盘 的温度示值填入数据记录表中。,(8) 用游标卡尺和钢
6、板尺分别测量样品和散热盘的直径和厚度各六次填入数据记录表中。,(9) 用电子天平称量一次散热盘的质量并填入数据记录表中。,样品尺寸（见实验台标签） 稳态时加热盘 T1=_，散热盘 T2=_ 散热盘冷却过程,数据记录与处理,一、数据记录,数据记录与处理,实验数据记录（铜的比热c=0.09097calg-1C-1，比重8.9g/cm3） 散热盘P：质量m= （g）,1在坐标纸上绘制散热盘的冷却曲线（Tt曲线），根据作图法求出散热盘的冷却速率。,2计算橡皮的热导率。,二、数据处理,注意事项,（1）为了准确测定加热盘和散热盘的温度，实验中应该在两个传感器上涂些导热硅脂或者硅油，以使传感器和加热盘、散热盘充分接触；另外，加热橡皮样品的时候，为达到稳定的传热，调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘紧密接触，注意不要中间有空气隙；也不要将螺丝旋太紧，以影响样品的厚度。 （2）导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，减小样品侧面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小实验误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。,（1）如果长时间达不到稳态，可能是什么原因？怎么解决？ （2）空气和水是热的不良导体，仿照本实验的设计，构思一套测量空气或水的热导率的装置。,思考题,Thank You !,