导热系数的测定-物理试验中心.PPT

导热系数的测定 大学物理实验 热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射。其中的热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换的过程。 实验背景 不同物体的导热性能各不相同，导热性能较好的物体称为良热导体，导热性能较差的物体称为不良热导体。定量描述物体导热性能的物理量是导热系数， 导热系数又称热导率，是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉及这个参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。所以，导热系数的研究和测定有着重要的实际意义。 一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的导热系数常用实验的方法测定。 测量导热系数的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本实验采用稳态法测量不良导体的导热系数。 2.掌握导热系数的概念； 4.学习用稳态法测量不良导体的导热系数。 实验目的 1.了解热传导现象的物理过程； 3.了解热电偶的工作原理及使用； 实验仪器 YBF-2型导热系数测试仪 铜-康铜热电偶 游标卡尺 待测样品 1、热传导定律和导热系数的概念 法国数学、物理学家约瑟夫·傅立叶（1786—1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律。 实验原理 导热系数?——表示相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1 ·开-1（W · m-1?K-1）。 实 验 原 理 传热速率 T2 T1 S Q h 热源 当传入样品的热量等于散出的热量时，样品内部的温度不再随着时间变化，也即样品B上、下表面的温度T1、T2不变，系统达到一个动态平衡，样品B 处于稳定导热状态，称之为稳态。 2．稳态法测量不良导体的导热系数 传热 加热 散热 上铜板A 样品B 下铜板P 上铜板A 向样品B 的传热速率 样品B 通过下铜板P 的散热速率 = ∝ 下铜板P的冷却速率 实 验 原 理 下铜板P在温度T2附近时散热速率与冷却速率之间的关系为： 考虑到散热盘P的上表面是被样品B覆盖着，通过样品B的传热速率应和下铜板P向侧面和下表面的散热速率相同，修正系数后，即有： 冷却速率 m 是铜板P的质量，c 是黄铜比热容。 实 验 原 理 式中RP、hP分别为散热铜板P的半径和厚度。 所以，导热系数为： 又因为 实 验 原 理 热电势效应(赛贝克效应) 3、热电偶的工作原理 两种不同材料的导体 A 与 B，按图所示的组合在一起，如果两结点的温度不同，则在回路中就会有电势产生，其电势（电流）的大小与两导体的性质和结点的温度有关。这种现象称为热电势效应。 实 验 原 理 两种金属接触处由于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温度差成正比。 实验中，杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温差热电偶。 铜 康铜 铜 测温点 参考点 杜瓦瓶 冰水混合物 接电位差计 图1 热电偶温度计 实 验 原 理 实验中使用数字电压表测量热电偶在有温度变化时所反映出的电压差V，由于温度T与电压V比值为常数，因此，可得到导热系数的表达式为： 实 验 原 理 2 3 1 记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度RB、hB、Rp、hp,黄铜盘质量m。 测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算?。 实验内容 稳态法测橡胶盘上下表面的温度V1 （T1 ）和V2 （T1 ）。 散热盘冷却曲线 物体的散热（或冷却）遵守牛顿冷却定律，冷却的快慢用冷却速率来表示，冷却的快慢与物体及环境间的温差、物体的散热面积、冷却介质、传热方式（热传导、热对流以及热辐射）等因素有关。 附录 物体的冷却速率