导热体率的测定实验

1、不良导体热导率的测定不良导体热导率的测定determination of thermal conductivity for poor conductor大学物理实验中心大学物理实验中心1 实验目的实验目的掌握掌握稳态法稳态法测不良导体的热导率的方法测不良导体的热导率的方法了解物体了解物体导热速率导热速率和和散热速率散热速率的关系的关系 进一步掌握用进一步掌握用逐差法逐差法进行数据处理进行数据处理3 3 实验仪器实验仪器p热导率测量仪热导率测量仪p温度测量仪温度测量仪p电子称电子称p游标卡尺游标卡尺热传导热传导对流对流热辐射热辐射2 实验背景实验背景p 常见的三种热传递方式常见的三种热传递方式假

2、定温度假定温度t t1 1 t t2 2，热流，热流量应按箭头所指的方向量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体流动。开始时被测物体上端的热流量比下端要上端的热流量比下端要大得多，随着时间的增大得多，随着时间的增加，被测物体各处热流加，被测物体各处热流量的差别会越来越小，量的差别会越来越小，直到时间足够长时，系直到时间足够长时，系统达到统达到稳恒状态稳恒状态（流过（流过被测物体所有截面上的被测物体所有截面上的热流量应当相同）。热流量应当相同）。 散热盘散热盘t t2 2 被测物件被测物件 加热盘加热盘t t1 14 4 实验原理实验原理3t2 = 5t1 t3 = 10t1 t4 = 20t1

3、4 4 实验原理实验原理其中：其中： q q ：t t时间内流动的热流量时间内流动的热流量 ：被测物体的热导率，与材料有关：被测物体的热导率，与材料有关 l la a：被测物体的高度：被测物体的高度 s sa a：被测物体的截面积：被测物体的截面积 t t1 1：加热盘的温度：加热盘的温度 t t2 2：散热盘的温度：散热盘的温度被测物体（橡胶盘被测物体（橡胶盘）加热盘加热盘 散热盘散热盘截面面积截面面积s sa ala被测物体被测物体4 实验原理实验原理稳恒态稳恒态 constant12()aas ttqtl tttmc式式 中中 : : ： 散散 热热 盘盘 上上 的的 温温 度度 变变

4、化化 量量 ；：单单 位位 时时 间间 内内 的的 温温 度度 变变 化化 ， 称称 为为；散散 热热 速速 率率 ：散散 热热 盘盘 的的 质质 量量 ；：散散 热热 盘盘 材材 料料 的的 比比 热热 值值 。4散热盘被测物体稳态时被测物体内部形成稳定的温度分布，加热盘给被测物体加热多少热量，就有多少热量通过散热盘散出。 稳态时被测物体的传热速率稳态时被测物体的传热速率 = = 稳态时散热盘散热速率稳态时散热盘散热速率qtm ctt4 实验原理实验原理ssttsttss q tm c t t 热传导情况热传导情况 : sqtsmcttsss由于散热面积不同，将公式修正为散热盘的实际散热面积

5、：散热盘的全表面面积散热盘单独求散热速率的情况单独求散热速率的情况散热盘t2被测物件加热盘t1ss4 实验原理实验原理54 实验原理实验原理12()aasttqtl sqtsmctts联立求解联立求解和和121() saalsmcsttsttaassls、 、与散热盘和被测物体的几何尺寸相关与散热盘和被测物体的几何尺寸相关121()stttt和和与温度有关与温度有关式中：式中：121() saalsmcsttstt4 实验原理实验原理静态参量静态参量稳恒态下温度差值（稳恒态下温度差值（t1- -t2）稳恒态下散热速率稳恒态下散热速率5 实验仪器罩盖 1导向座 2托盘 3加热盘 4散热盘 6支架

6、盘 7底座 8立柱 9定位座 11电源插座 11被测物体 5热导率测定仪结构图热导率测定仪结构图仪器装配示意图仪器装配示意图1. 加热器 2. 加热盘3. 被测试件 4. 散热盘 5，6 热电偶（至测温仪）1. 加热器 2. 加热盘3. 保温层 4. 被测试件 5. 散热盘 6. 热电偶（至测温仪）不良导热体测量示意图良导热体测量示意图5 实验仪器仪器照片仪器照片温度测量仪温度测量仪被测试样被测试样5 实验仪器6 6 实验内容实验内容稳恒状态实际上是一个相对的概念（稳恒状态实际上是一个相对的概念（ t t ） 加热电压值为交流加热电压值为交流60 60 - - 80v 80v( (通过仪器面板

7、设置通过仪器面板设置) ) 每隔每隔3 3分钟分钟记录一次记录一次t t1 1、 t t2 2 , ,在加热时间超过一小在加热时间超过一小时后，时后，连续三次测量值连续三次测量值t t1 1 t t2 2不变不变，即可认为系，即可认为系统达到统达到稳恒态稳恒态. .6.1 6.1 稳恒态温差测量稳恒态温差测量加热盘加热盘t1（ 0c ）散热盘散热盘t2（ 0c ）温度差温度差t1 t2（ 0c ）60.830.530.361.030.630.461.130.730.461.230.830.4p 稳恒态的判定稳恒态的判定表表2 2 对散热盘直接加热，散热盘温度升对散热盘直接加热，散热盘温度升高高

8、3-53-5即可停止加热，将散热盘即可停止加热，将散热盘转向移开；转向移开； 每隔每隔2020秒秒记录一次散热盘的温度记录一次散热盘的温度, ,直直到被测温度低于稳恒态时散热盘温到被测温度低于稳恒态时散热盘温度度2-32-3时结束测量。时结束测量。 取最靠近稳恒态时散热盘温度取最靠近稳恒态时散热盘温度前、前、后后各各1010个个数据，然后用数据，然后用逐差法逐差法求求“散热速率散热速率”。 t1t2030.86.2 6.2 散热速率的测量散热速率的测量平衡点前温度平衡点前温度（ 0c）平衡点温平衡点温度度( 0c)平衡点后温度平衡点后温度( 0c)温度差温度差t（ 0c ）t1t11t2t12

9、t3t13t7t17t8t18t9t19t10t20平平 均均 散散 热热 速速 率率 t/t/t (t (单位单位) ) =30.9=30.730.8(t =20s10)表表3 37 数据处理要求1. 自行设计自行设计表表1计算静态参量计算静态参量2. 加热过程（得到稳恒态）加热过程（得到稳恒态） 每隔每隔3 3分钟记录一次加热盘温度分钟记录一次加热盘温度t t2 2 和散热盘温度和散热盘温度t t1 1 的值，计算的值，计算t t2 2 t t1 1 ，填入，填入表表2 2，当有连续三，当有连续三个温度差不变时，就达到了稳恒态。个温度差不变时，就达到了稳恒态。3. 散热过程（散热速率的测量

10、）散热过程（散热速率的测量） 每隔每隔2020秒秒测量并记录散热盘的温度，取平衡点测量并记录散热盘的温度，取平衡点前、后各前、后各1010个数据，填入个数据，填入表表3 3，用，用逐差法逐差法求其温求其温度变化率（度变化率（注意列表注意列表）。）。 8 注意事项注意事项 1.1.在移动加热盘时在移动加热盘时, ,应先切断加热电压后再移动加热盘应先切断加热电压后再移动加热盘( (按一下按一下加热按钮加热按钮, ,红灯灭为停止加热红灯灭为停止加热, ,即加热盘断电即加热盘断电) )。 2.2.加热盘上温度较高加热盘上温度较高, ,移动时应注意安全。移动时应注意安全。 3.3.“散热盘散热盘”的背面有一个较浅的圆槽的背面有一个较浅的圆槽, ,安放时安放时, ,三个螺丝尖部应三个螺丝尖部应置于槽内。置于槽内。 4.4.取放取放“散热盘散热盘”时应注意轻拿轻放时应注意轻拿轻放, ,避免将避免将“散热盘散热盘”掉在地掉在地上摔变形。上摔变形。 5.5.安放热电偶时安放热电偶时, ,应将热电偶插入到底应将热电偶插入到底, ,切勿切勿, ,弯折导线弯折导线, ,以免损以免损