导热系数的测量实验报告e
5页1、导热系数的测量【实验目的】用稳态法测定出不良导热体的导热系数,并与理论值进行比拟。【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、 秒表、待测样品橡胶盘、铝芯、冰块【实验原理】 根据傅里叶导热方程式,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T T2的平行平面设TT2假设平面面积均为S,在人t时间内通过面积S的热量AQ免租下述表达式:At(T - T )133-26-1式中,AQ为热流量;九即为该物质的导热系数,九在数值上等于相距单位长度 At的两平面的温度相差 1 个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是W. (m - K)。在支架上先放上圆铜盘P,在P的上面放上待测样品B,再把带发热器的圆 铜盘A放在B上,发热器通电后,热量从A盘传到B盘,再传到P盘,由于 A,P都是良导体,其温度即可以代表B盘上、下外表的温度T、T2, T T2分别 插入 A、 P 盘边缘小孔的热电偶 E 来测量。热电偶的冷端那么浸在杜瓦瓶、中的冰 水混合物中,通过“传感器切换开关G,切换A、P盘中的热电偶与数字电压 表的连接回路。由式3-26
2、-可以知道,单位时间内通过待测样品 B 任一圆截 面的热流量为(3-26-2)AQ(T - T )二九2兀R 2AthBB式中,RB为样品的半径,hB为样品的厚度。当热传导到达稳定状态时,T和T2 的值不变,遇事通过 B 盘上外表的热流量与由铜盘 P 向周围环境散热的速率相 等,因此,可通过铜盘P在稳定温度T?的散热速率来求出热流量AQ。实验中,2At在读得稳定时T和T2后,即可将B盘移去,而使A盘的底面与铜盘P直接接 触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T2值假设干摄氏度后,在将A移开, 让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况,然后由此求出铜盘在T2的冷却速率ATAtT巴ATAtT巴,就是铜盘P在温度为t2时的散热速率。但要注意,这样求出的生是铜盘P在完全外表暴露于空气中的冷却速率,其散热外表积为2兀R2 + 2兀R h。然而,在观察测量样品的稳态传热时,P盘的上外表是被B P P样品覆盖着的,并未向外界散热,所以当样品盘 B 到达稳定状态时,散热面积 仅为:HR2 + 2兀R h。考虑到物体的冷却速率与它的外表积成正比,在稳态是铜P P P(hr 2 + 2hR h )PP p
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