3热导率的测量(课堂PPT）

1,实验三热导率的测量,大学物理实验,2,实验内容,基本要求,简介,实验原理,3,热导率：描述物质热传导性质的一个物理量。,简介,在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态法测量不良导体热导率。,通过实验掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法,体会使用参量转换法的设计思想，掌握用热点偶测量温度的方法。,实验原理,一热传导遵循的基本规律傅立叶定律：,传热速率Q/t与该平面所在处的温度梯度成正比，与平面面积S成正比。,热传导,注：该公式稳态法测量样品热导率的原理公式,5,二稳态法测不良导体的热导率：,原理公式：,稳态：经一段时间后，如果在样品的传热方向各截面的传热速率Q/t相同，那么样品内部将形成一个稳定的温度分布状态。稳态时样品上下温度将各自停留在某个温度。传热速率Q/t和温度梯度（dT/dt）是一个确定的值。,关键是使样品内部形成稳定的传热状态。,6,找稳态？,接通电源，打开主机底部小风扇，形成稳定的散热环境，将加热盘供电电压调到220V，加热10分钟，将加热盘供电电压调到110V，然后5分钟记录一组样品上下表面温度，若在10分钟内，样品上下表面温度不变，则样品达到稳态，记录（TA，TP）。,7,热电偶测温原理：,热电偶是利用温差电效应制成的测温元件，它是由两种不同的金属焊接而成的回路。当两接点a、b的温度不同时，在闭合回路中会产生电动势，该电动势称为温差电动势。,热电偶测温原理图,实验采用铜康铜热电偶，=4.2mv/100,怎样测温度？,8,验三热导率和对流传热系数的测量【预习思考题】1热导率的物理意义是什么？对流传热系数是什么？热导率的物理意义为：当相距单位长度的两个平行平面间的温度相差一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传导的热量。对流传热系数是在对流传热条件下，单位时间内经对流方式从表面S传出的热量与温度差T1T2和表面积S的比例。2如果用本实验装置测定良导体的热导率，样品的形状应有何改变？为什么？若要测量良导体样品，则样品需做成截面积比较小而传热方向上的长度较大的细长形状。因为良导体的导热性能好，样品只有做的比较长才能在其两端产生比较明显、易于测量的温差，而做的比较细是为了尽可能减小侧面散热的影响。3用式（5.3-6）或式（5.3-14）测热导率要求哪些实验条件，在实验中如何保证？需要热电偶的冷端保持温度恒定，实验中采用冰水混合物来保证热电偶的冷端保持0；需要尽可能减小样品侧面散热的影响，因此将样品做成薄圆盘状；需要样品的上、下表面各自温度均匀且易于测量，实验中加热盘和散热盘均为金属盘且各自与样品的上、下表面分别密切接触；需要易于散热，实验中采用风扇对散热盘吹风来保证；等等。【分析讨论题】1为什么能将数字电压表的示值当作温度值直接代入式（5.3-6）或式（5.3-14）中计算热导率？因为热电偶冷端温度为0，所以通过热电偶测得的电压。所以有，而这就是式（5.3-6）中所包含的全部和温度相关的项。由此可见可以将数字电压表的电压示值当作温度值直接代入式（5.3-6）中进行计算。2对环境温度的测量为什么要在实验的最后一步而不是在较靠前的步骤进行？理论上对环境温度是先测量还是后测量都是一样的，但是从实际情况分析还是后测量比较准确，这是从减小实验误差的角度考虑的。实验进行前，由于还没有进行实验，实验过程中的散热也没有影响，因而实验前的环境温度与实验后相比必然有一定程度的偏低。而实验中对散热过程的测量是在实验靠后的步骤进行的，此时实验过程中的散热必然已经使环境温度有一定程度的变化，因此最后测量环境温度，测得的结果更接近散热过程测量所需的环境温度。因此，对环境温度的测量放在了实验的最后一步进行。,9,稳态时样品内部形成稳定的温度分布，加热盘给样品加热多少热量，就有多少热量通过散热盘散出。,稳态时样品的传热速率=稳态时散热盘散热速率,注意：稳态时散热盘温度为TP，且只有下表面和侧面参与散热。,10,散热盘P的冷却曲线图,达到稳态后，将样品取下，让加热盘A与散热盘P直接接触，给散热盘加热。当散热盘P的温度比高出若干度后，移走加热盘A。散热盘P向周围散热，在散热盘散热的过程中，每秒记录一次散热盘温度，测得散热盘温度随时间变化的一组数据，利用该数据组绘制冷却曲线。,测量散热盘的散热速率,0.8mV0.mV,11,所有面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的关系为：,部分面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的关系为：,不良导体B的热导率为：,12,1调整仪器装置；,2控制实验条件以使样品尽快达到稳态，记录此时加热盘和散热盘温度；,3测量散热盘的散热过程，记录散热盘温度随时间变化的一组数据。,实验内容,13,电压表使用前要调零。测量散热盘散热过程前取出样品时，应先切断电源并注意防止烫伤。做完实验要整理好实验台，关掉所有电源。,注意事项,14,一、数据记录,样品尺寸（见实验台标