稳态法测量固体导热系数.pptVIP

一、背景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。从微观上说，热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它是由于物体内部存在温度梯度，而发生从高温部分向低温部分传递热量的过程。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，一般说来，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。导热系数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。在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量。非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。二、实验目的了解热传导现象的物理过程。了解物体散热速率和传热速率的关系。学会用铂电阻型传感器测定温度。学习一种测量材料导热系数的实验方法。三、实验原理当如图一所示的系统达到热平衡时，通过待测样品的传热速率和散热铜盘向侧面和下面的散热速率相同，即有图一导热系数实验装置示意图（1式（1）中θ10、θ20是传热稳定时的样品上下表面温度，是样品的传热速率，是铜盘散热率。根据傅立叶的热传导定律，（1）式左边可以写为：01020304而根据物体的散热率与冷却率之间的关系，（1）式右边可以写为：式(3)中M是散热紫铜盘的质量，C是其比热。这样，只要测出散热铜盘的冷却速率，就可以联立（1）、（2）及（3）式而得出导热系数λ，但是，当散热铜盘处在稳定系统中时，其冷却速率不方便测量，必须将它独立放在空气中才可以测量，这时相应的冷却速率我们不妨记为，根据散热速率也即冷却速率与表面积成正比的规律，可以有如下的关系式成立：于是我们可以进一步得出导热系数λ的表示式为：（4）四、实验仪器1．TC-3B型λ测试仪和测试架2．待测样品（环氧圆盘、硅橡胶盘）3．游标卡尺4．手套五、实验过程#2022数据处理将测量数据填入数据表格。．利用散热盘温度随时间变化的数据作散热曲线，并选择θ20附近10组数据，用逐差法计算散热盘散热速率，进而计算待测样品导热系数λ。计算不确定度Uλ，并给出结果表述。说明：因本实验主要误差来源于散热速率的测量，所以计算不确定度时，只考虑这一项即可。七、注意事项#2022附录物体的冷却速率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，冷却曲线在温度范围不太大时，局部可以用线性关系近似。附录铂金属热电阻测温原理电路图A单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅地阐述观点。Rt为铂热电阻B单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅地阐述观点。Va接稳压电源C左侧为电桥电路右侧为差分电路Vo接直流电表D单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅地阐述观点。Rt=Ro(1+αt)附录逐差法处理数据及不确定度估算