dsr测两种材料的扩散系数,试验(共4篇).docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划dsr测两种材料的扩散系数,试验(共4篇)　　实验设计：丙酮分子扩散系数测定　　一、实验原理　　扩散属于由于分子扩散所引起的质量传递，扩散系数在工业中是一项十分重要的物性指标　　在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体A，该组分通过静止气层Z扩散至管口被另一头气流B带走紧贴液面上方组分A的分压为液体A在一定温度下的饱和蒸汽压，管口处A的分压可视为零，组分A的汽化使扩散距离Z不断增加记录时间t与Z的关系即可计算A在B中的扩散系数　　液体A通过静止气体层的扩散为单相扩散，此时传递速率：　　NA=D/(RTZ)·P/PBm·(PA1－PA2)可写成:　　NA=ρ/RT·D/Z·ln(PB2/PB1)(a)　　设S为细管的截面积，ρ为液体A密度在dt时间内汽化的液体A的量应等于液体A扩散出管口的量，即　　SNAdt=ρSdZ/NA或:　　NA=ρ/MA·dZ/dt(b)　　二、计算公式　　T形管：　　横管为两端开口的普通玻璃管，用于气体流通；竖管为下端封口的毛细管，用于盛放丙酮溶液(丙酮为被测气体)，由于使用了毛细管，可以将被测气体的扩散视为一维的竖直扩散。

　　真空泵：　　可生成20-60kPa的负压，使毛细管中扩散出的气体迅速离开管口，以保证管口处被测气体浓度不变(接近零)　　游标卡尺：　　实验中使用精度为的游标卡尺，可以通过显微镜对毛细管内的液位进行测量　　显微镜：　　由于游标卡尺刻度较密，且置于水浴箱中，要借助显微镜进行读数水浴箱：　　毛细管浸于水浴池中，使毛细管内液体保持恒温另外，温度高时扩散较快，可加快实验速度实验中要求设定为50度　　系统时钟：可成倍加快实验速度，减少实验中的等待时间　　扩散系数：D=BρRT/(2MAP)·1/ln(PB2/PB1)　　ρ—丙酮密度，797kg/m3；　　T—扩散温度，实验中要求设定为232K；　　MA—丙酮分子量，；　　P—大气压，100kPa；　　PB2—空气在毛细管出口处的分压，可视为P；　　PB1—空气在毛细管内液面处的分压，PB1=P-PA*，PA*为丙酮的饱和蒸气压，232K时PA*=50kPa；　　B—以时间t为横坐标，Z2为纵坐标作图得到的直线的斜率　　实验时每隔10-15分钟测量一次扩散距离Z的数据，以Z2为纵坐标，时间为横坐标作图可得到B，将所有数据带入计算公式即可求得扩散系数。

　　三、注意事项　　1.开始测量数据后，不要改变水浴温度，温度对扩散速率有影响　　2.测量时真空泵要一直开启　　3.计算时要注意单位的统一　　试验步骤：　　进入实验后，水浴加热器与真空泵均未开启，鼠标点击两个红色开关即可打开相应的设备　　打开水浴加热器后，点击显示仪表盘可出现温度设置窗口，将温度设定为50度仪表盘默认显示的是当前实际温度，要察看或改变设定温度应按下右侧的“调节”按钮仪表盘将显示设定温度的同时，设定温度的个位或十位处于闪动状态，闪动状态的数字可以调节，再次按下“调节”按钮可以切换闪动位仪表盘右上方的“升高”与“降低”两个按钮可以对闪动数字进行调节调节完成后按下“设定”按钮即可切换到实际温度显示　　调节状态下，若30秒不进行任何操作，将自动切换回实际温度显示　　主界面的水浴温度显示盘下有3个温度指示灯，它们是用来指示水浴加热器工作状态的　　黄灯闪烁说明实际温度已高于设定值，正在降温　　红灯闪烁说明实际温度还未达到设定值，正在加热　　绿灯闪烁说明实际温度已达到设定值，正在保温　　点击真空泵的显示仪表盘也可出现设置窗口，不过实验中只是要保证气体流动顺畅，故实际上不需要对其进行调节，只要将泵打开即可。

　　仪表盘显示的是真空泵设定的压力，右侧的两个按钮可对真空泵压力进行调整，点击一次调整10kPa　　确定水浴温度达到50度、真空泵打开后，即可开始测量实验数据鼠标点击主界面上的显微镜即可出现显微镜的观测窗口　　第1次打开显微镜的观测窗口时，由于显微镜还没有对准毛细管的液面，故看不见液面与卡尺通过点击右上侧框格中的4个按钮，　　通过点击右上侧框格中的4个按钮，可以将显微镜对准液面　　找到弯液面后，点击右下方框格中的两个按钮，将卡尺对准弯液面，有时需要再调节显微镜，找到游标卡尺对应的刻度，读取卡尺数据　　注意：卡尺度数减去10cm才是扩散高度Z，因毛细管顶端对应的刻度是10cm读取扩散高度Z的同时，还要读取时间t，t直接在主界面上读取即可　　向上拖动时间下的滑块可以成倍加快实验速度，在两次测量的中间等待时可以适当加快速度　　若经过授权，可以自动记录数据　　实验要求连续测量10组以上数据，每隔10-15分钟量一组　　点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验数据部分，通过自动或手动添入测量数据　　授权后点击主界面下方自动记录按钮即可自动将数据填入表格　　若要手动记录数据，点击表格中的相应区域，在表格中输入数据，输完一组数据后按回车键确认。

　　注意：按回车键前要保证该组数据的完整性，若缺少任意一项数据，该组数据将不被记录不按回车键数据也将不被记录　　确认数据记录完整后，点击数据处理界面上方的数据作图及计算，对数据进行处理　　点击自动作图后可对测量数据进行最小二乘法回归处理　　作图后，利用已给出的公式即可算得扩散系数，将结果填入公式后的文本框即可打印实验报告，授权后也可自动进行计算　　公式中所用到的参数可在实验设备参数中查到　　东南大学材料科学与工程　　实验报告　　学生姓名张沐天班级学号1XX317实验日期批改教师课程名称材料性能测试实验批改日期实验名称材料导热系数测试实验报告成绩　　一、实验目的　　1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法　　2.了解材料导热系数与温度的关系　　二、实验原理　　不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题　　1.材料的导热性及电导率　　材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K，在1s钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为W/(m·K)，也叫热导率。

热导率λ由简化的傅里叶导热定律q?-λdT　　dx决定　　2.热传导的物理机制　　热传导过程就是材料的能量传输过程在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热　　1）电子和声子导热　　纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大　　2）光子导热　　固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线热射线的传递过程称为热辐射　　3.影响导热系数的因素　　1）温度　　金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力　　一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小　　2）原子结构　　物质的电子结构对热传导有较大影响具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数　　3）成分和晶体结构　　合金中加入杂质元素将提高热阻，使导热系数降低杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。

　　4）压强，密度，气孔率等　　压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的　　4.导热系数的测试方法　　根据试样内温度场是否随时间改变可将固体的导热分为稳定导热和不稳定导热测量导热系数的方法也分为两大类：稳态法和动态法　　1）稳态法　　稳态法是根据傅立叶方程直接测量导热系数，但温度范围与导热系数范围较窄，主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料稳态法可分为热流法、保护热流法、热板法等测试方法　　2）动态法　　动态法使用范围较为宽广，适合于高导热系数材料以及高温下的测试，其中发展最快、最具代表性、得到国际热物理学界普遍承认的方法是闪光法，也是本次实验使用的方法　　闪光法的优点为要求的样品尺寸较小，测量范围宽广，可测量除绝热材料以外的绝大部分材料，特别适合于中高导热系数材料的测量除常规的固体片状材料测试外，通过使用合适的夹具或样品容器并选用合适的热学计算模型，还可测量诸如液体、粉末、纤维、薄膜、熔融金属、基体上的涂层、多层复合材料、各向异性材料等特殊样品的热传导性能　　三、实验仪器与装置　　LFA467金属高温导热系数测试仪　　2.保护气体　　3.游标卡尺　　激光导热仪样品支架　　5.实验样品　　四、实验步骤及测量数据　　1.选择合适的样品支架，安装合适大小的试样　　2.打开保护气体　　3.开启计算机，启动计算机，进入导热系数测试程序　　4.设置加热温度及其他参数，开始实验　　5.试验结束后，自动得到导热系数测试结果　　6.进行分析　　五、实验数据与处理　　塑料　　2.紫铜　　钢　　六、实验结果与讨论　　1.简述金属、非金属建筑材料、气体导热性能差异大的原因。

　　答：金属主要是通过电子导热来传热，而非金属建筑材料大多为绝缘体，主要导热形式为声子导热，电子导热效率要远远优于声子导热，所以金属材料导热性能优于非金属建筑材料气体的对流加快了热传递，其导热系数是非常高的；但是依旧不能和电子导热相提并论，所以金属的导热性能强于气体，但是无机非金属和气体导热性能大小无法确定，还需根据具体的材料进行分析　　2.计算紫铜、Q235钢、塑料的热扩散系数　　答：紫铜的热扩散系数为：　　塑料的热扩散系数为：　　Q235钢的热扩散系数为：　　3.分析温度对热扩散系数的影响　　答：温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加但这种影响，在温度为0-50℃范围内并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力　　一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小　　附件　　浙江省交通建设工程质量检测和工程材料试验收费标准表　　-1-　　-2-　　-3-　　-4-　　-5-目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。