导热系数测量实验.ppt

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1、实验二十七实验二十七 导热系数的测量导热系数的测量Experiment 27 Determining thermal conduction coefficients一、实验目的一、实验目的掌握稳态法测不良导体的导热系数的方法掌握稳态法测不良导体的导热系数的方法了解物体散热速率和传热速率的关系了解物体散热速率和传热速率的关系理解温差热电偶特性理解温差热电偶特性二、实验仪器二、实验仪器v导热系数测量仪导热系数测量仪v杜瓦瓶杜瓦瓶v温差电偶温差电偶v待测橡胶样品待测橡胶样品v数字电压表数字电压表v天平天平v卡尺卡尺v螺旋测微器螺旋测微器v测量样品测量样品三、实验原理三、实验原理v1、热传导定律、热传

2、导定律表示表示x x0 0处与处与 S S垂直的垂直的温度梯度温度梯度在在 t t时间内经时间内经 传递的热量为传递的热量为 Q：三、实验原理三、实验原理负号负号代表热量传递方向是从高温区传至低温区代表热量传递方向是从高温区传至低温区比例系数比例系数 称为称为导热系数导热系数。为传热速率为传热速率.三、实验原理三、实验原理v2、导热系数、导热系数导热系数导热系数 表示相距单位长度的两平面的温度相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，单位是瓦递的热量，单位是瓦米米-1-1 开开-1-1（W m-1K-1）

3、，导热），导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。称为导热系数称为导热系数v3、稳态法测不良导体的导热系数、稳态法测不良导体的导热系数 实验装置示意图实验装置示意图 220 V 110 V电热板电热板发热盘发热盘橡胶盘橡胶盘散热板散热板电风扇散热电风扇散热当传入样品的热量等于当传入样品的热量等于散出的热量时，样品处散出的热量时，样品处于于稳定导热状态稳定导热状态。l 样品内部的温度不再样品内部的温度不再随着时间变化；随着时间变化；三、实验原理三、实验原理样品（橡胶盘）的传热速率为：样品（橡胶盘）的传热速率为：T1为为样品上表面的温度，样品上表面的温度

4、，T2为样品下表面为样品下表面的温度，的温度，hB为样品的厚度，为样品的厚度，A为样品的截面面积。为样品的截面面积。样品（橡胶盘）样品（橡胶盘）发热盘发热盘散热盘（黄铜盘）散热盘（黄铜盘）截面面积截面面积AhB样品样品 三、实验原理三、实验原理稳态时稳态时:传入的热量等于散出的热量传入的热量等于散出的热量 稳态时样品上下表面的温度分稳态时样品上下表面的温度分别为一定值别为一定值T10 和和T20即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率样品样品 三、实验原理三、实验原理由上式可见，关键是求散热盘的散热速率由上式可见，关键是求散热盘的散热速率移开样品，让散热盘自

5、然散热冷却，在温度移开样品，让散热盘自然散热冷却，在温度 20附近，散热盘的散热速率可以表示为：附近，散热盘的散热速率可以表示为：三、实验原理三、实验原理考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，引入修正系数：引入修正系数：于是，导热系数为：于是，导热系数为：三、实验原理三、实验原理v4、温差热电偶的工作原理、温差热电偶的工作原理 两种金属接触处由两种金属接触处由于温度差而产生电动势于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温势近似与两接触端的温度差成正比。度差成正比。检流

6、计0C 冰水加热检流计电压值即为温度示数电压值即为温度示数杜瓦瓶里冰水混合物为杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温分别与冷端形成两个温差电偶。差电偶。2 23 31 1测量橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）测量橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质黄铜盘质量由实验室提供。量由实验室提供。测量散热板（黄铜板）的冷却速率测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算，计算。四、实验内容和步骤四、实验内容和步骤稳态法测传热板和散热板的温度稳态法测传热板和散热板的温度T10 和和T20五、数据记录和处理五、数据记录和处

7、理记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度的直径、厚度DB、hB、DC、hC,并给出相并给出相应的测量结果。应的测量结果。采用采用逐差法逐差法求散热板（黄铜板）在温度为求散热板（黄铜板）在温度为 20时的时的冷却速率冷却速率 ，其中，其中 t=120s。记录记录稳态法测量的温度稳态法测量的温度T10 和和T201 12 23 34 4计算橡胶板的导热系数计算橡胶板的导热系数，并与标准值比，并与标准值比较，计算出误差。较，计算出误差。构建热传递的稳定状态构建热传递的稳定状态（1）调整好实验装置调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。各盘之间不能有间隙。（2

8、 2）接通）接通220V220V电压，当传热板温度为电压，当传热板温度为4mV4mV时断时断电电,调整电热板的供电方式调整电热板的供电方式,人为控制发热盘的人为控制发热盘的温度在温度在:T T1 1=3.500.03mV（3）每隔每隔2 2分钟分钟观察散热盘的温度观察散热盘的温度T T2 2,在在1010分分钟钟内不变则系统的热传导已达到内不变则系统的热传导已达到稳定状态稳定状态。测量散热板（黄铜盘）的冷却速率测量散热板（黄铜盘）的冷却速率（4 4）用镊子抽出橡胶盘，使发热盘）用镊子抽出橡胶盘，使发热盘A A与散热盘与散热盘P P直直接接触，通电使散热板温度比接接触，通电使散热板温度比T T2

9、020高高1mv1mv时立即分离时立即分离两板，散热盘开始自由冷却，每隔两板，散热盘开始自由冷却，每隔3030秒读出散热秒读出散热盘的温度示值盘的温度示值T T2 2，选择附近前后各四个数据填入，选择附近前后各四个数据填入记录表，用逐差法进行处理。记录表，用逐差法进行处理。T/mv2101801501209060300用逐差法求冷却速率用逐差法求冷却速率:操作要点操作要点1数字电压表调数字电压表调零，注意热电零，注意热电偶接线。偶接线。2构建稳态环境，构建稳态环境，保持在保持在3.50mV0.03mV范围内，范围内，测量测量T20 3测量黄铜盘的测量黄铜盘的冷却速率冷却速率 时要时要在在T20附近，附近，散散热风扇要开启热风扇要开启,以确保实验环以确保实验环境一致。境一致。