不良导体导热系数的测定课件(赵存虎改编)2017.ppt

不良导体导热系数的测定 《大学物理实验》 大学物理实验教学示范中心 赵存虎 编制 * 热传导及本质： 热传导：热量从高温物体自发向低温物体转移，叫做热传导。 本质：分子、原子和自由电子的热运动。 导言 * 导热系数 反映材料传热性能的物理量。 良导体导热系数大.（导热性好的材料导电性也好） 金属比非金属导热系数大，固体比液体导热系数大，气体导热系数最小。 材料应用时，导热系数需实验测定。 * 导言 材质 导热系数λ W · m-1?K-1 材质 导热系数λ W · m-1?K-1 铂 71.4 橡皮 0.13-0.23 黄金 315 硬质聚氨酯泡沬 0.020 玻璃 0.61-0.71 玻璃钢 0.52 普通砖 0.600 轻质软木 0.050 不同材料的导热系数 * 导言 实验目的 1、掌握稳态热板法测定不良导体导热系数方法； 2、学习使用物体的散热速率求出传热速率的实验方法。 3、了解IC（半导体集成器）温度传感器的使用方法。 4、进一步熟悉游标卡尺的使用。 * 实验目的 实验原理 1、热传导定律 * 固态样品在稳态时，设?1为x1处表面的温度， ?2为x2处表面的温度，hB为样品的厚度，S为样品的截面面积。 则在时间?t 内经面积S传递的热量?Q满足如下规律： 实验原理 2、导热系数 其中的? 为导热系数 ：单位面积、单位厚度的样品在温差为1K时，单位时间内通过的热量即为导热系数，单位（W · m-1 · K-1）。 * 3、稳态法测不良导体的导热系数 当传入样品的热量等于散出的热量时，样品处于稳定导热状态。 样品内部的温度不再随着时间变化。 * 实验装置示意图 ~ 220 V 电热板 发热盘 橡胶盘 散热板 Ｑ Ｑ1 Ｑ 电风扇散热 Ｑ2 实验原理 样品（橡胶盘）的传热速率为： ?1为样品上表面的温度， ?2为样品下表面的温度，hB为样品的厚度，S为样品的截面积。 样品B（橡胶盘） 发热盘C 散热盘P（黄铜盘） 截面积S hB 样品 * 实验原理 稳态时:传入的热量等于散出的热量 即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率 样品 * 实验原理 样品传热速率 散热盘散热速率 关键是求散热盘的散热速率 移开样品，让散热盘P直接接触加热盘C，当散热盘温度上升超过?2值10 ℃时移开加热盘，在风扇持续作用下使散热盘散热冷却，当温度达到?2附近时，散热盘的散热速率应等于其冷却速率，即： * 实验原理 其中m为散热盘质量，c为散热盘的比热容。 （吸放热定律） 考虑到散热盘风扇冷却时与稳态时的散热面积不同，而冷却速率与它的散热面积成正比，故而P盘散热速率修正为： 于是 * 实验原理 其中RP为散热盘半径，hP为散热盘厚度。 其中dB为样品直径，hB为样品厚度。 * 实验原理 样品的导热系数 λ RP ——散热盘半径 hP ——散热盘厚度 dB ——样品直径 hB ——样品厚度 m ——散热盘质量， c ——散热盘的比热容。 2 3 1 测量橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度dB、hB、 dP 、hP。 黄铜盘质量m和比热容c由实验室提供。 * 实验内容 实验步骤 稳态法测橡胶盘上下表面的温度?1 和?2 测量散热盘（黄铜板）的冷却速率 ， 4 计算?。 （1）调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。 （2）开启电源，设定发热盘的温度θ1在50 ℃ 。 （3）注意观察！当加热盘温度达到设定温度θ1后，观察散热盘的温度 θ2，若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。记录最后θ2。 * 实验内容 构建传热系统稳态并测量样品温度θ1 、θ2 * 实验内容 测量散热盘的冷却时的温度 （1）停止加热，取走橡胶盘，调整加热盘和散热盘，使二者直接密切接触，重新开启加热盘使散热盘升温。 （2）散热盘温度超过?2值10 ℃时分离两盘，风扇使散热盘冷却，每隔20秒读出散热盘的温度示值?，选择?2 附近前后各5个数据填入数据记录表5-12-5。 * 用逐差法求冷却速率， ?t=100s 数据处理 1、散热盘的冷却速率 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t/s 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 ?/℃ 2、计算RP 、hP、dB 、hB平均值； * 数据处理 3、计算橡胶板的导热系数?，并与标准值比较。 1 实验过程中热风扇保持开启。 2 调节螺丝使三个盘紧密接触，不宜压得太紧，以免影响样品厚度。 3 测量黄铜盘的冷却速率 时要在?2附近。 思考题： 课后 1，2 * 注意事项 注意事项