不良导体导热系数的测定讲解

1、实验7不良导体导热系数的测定一、目的掌握测定不良导体的导热系数二、实验仪器1热系统：支架红外灯传热筒热电偶两支交流调制器 黄铜板质 待测样品2、测量显示仪本仪器采用精度运放组成两路热电偶前置放大器，并对热电偶冷端进行了自动补尝，采用4*位高稳定性AD转换器实现对两路温度的测量系统，整个电路以单片机为控制中心，实现数据采集和识别键盘信息。三、实验原理与装置本仪器所依据的原理是 1982年由法国数学、物理学家约瑟傅立叶给出的，称热传导 的基本公式，又称傅立叶导热方程式。 该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上， 两个相距为h，温度分别为0 1、0 2 （要这里，为了与时间 t区分开，我们用B来

2、表示 温度）的平行平面，若平面的面积为人，在 t秒内，从一个平面传到另一个平面的热量 Q满足下述表示：(2-11)殂2：th式中， Q/ A t为传热速率，入定义为该物质的导热系数，奕称执导率。由此可知，热 导率是一表征物质传导性能的物理量。其数值等于相距单位长度的二平行面，当温度相 差一个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量。其单位名称是瓦特每米开尔文，单 位符号为W/（ m K。该方法的实验装置如图所示，由上述热传导基本通过待测样品B板的传热速率可写成:式中，入为样品厚度，Rb为样品圆板的半径，0 1为样品圆板上表面的温度，0 2为其下表面的温度，入即为样品B的热导率。当传热到达稳定状态

3、时，0 1和0 2温度稳定不变，通过 B板的传热率与黄铜盘 C向周围环境的散热速率完全相等。因此可通过黄铜盘C在稳定温度0 2时的散热律来求出。实验时，当读得稳态时的0 1、0 2后，即可将样品 B板取走，让圆筒的底盘与下盘C接触，使盘C温度上升到高于0 2若干度后，再让圆筒 A移去，让黄铜盘 C作自然冷却，求出黄铜盘在0 2附近时的冷却速度黄铜的质量,c为黄铜的比热）就是黄铜c在0 2时的散热速率。但由此求出的Q是黄&2 R： ' 2 Rchc，而实验中铜c的全部表面暴露在空气中的冷却速度，即散热表面积为达到稳态传热时，c盘的上表面，面积为 RC，是被样品所覆盖的，考虑到物体

4、的冷却速度与它的表面积成正比，校正后，本仪器在稳态时的传热速率为:Qmc .t2(2-13)式中，Rc、hc分别为黄铜盘c的半径与厚度，代入（2）式中得:一 m21：t2Rc 2hc円-屯-RbRc 2hc(2-14)Rc 2Rchc貢 2二R；2二只血式中，RB、分别为样品如橡皮圆盘的半径与厚度。2、热电偶测温将两种不同材料的金属铜、铁组成闭合回路（如图所示），若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动，这说明回路中将有电动势存在。电动势大小除与材料本身性质有关 外，还与结点处的温差有关。这种现象称为热电势效应或温差电效应。热电偶就是据此 原理设计制作的将温度转换为电动势的热电式传感器。当两结

5、点温差不大时，温差电动 势大小与温差的关系有下列近似公式；=C円-入式中£ 热电偶温差电动势；C电偶常数；R 热端温度；d0 冷端温度。若使冷端在冰水混合物中，即二0 =0 C则由此，可将对温度的测量转化为对温差电动势的测量。T :t为冷却速率1 As转化为-。作散热铜盘自然冷却温差电动势与时间之间的关系曲线，在曲线上找到C At;1T2点并作曲线的切线，则该切线率为。将T1 -T2转化为 1 - ；2可得导热系：tC数公式、m r尺怜' hR2扎=m铜c铜也t >2 R"i + 2 0丿引一耳2内容要求1.用游标卡尺测待测样品和散热铜盘的厚度h、h1，直径D

6、、D1，各测5次；用天平测散 热铜盘的质量m铜。2按图连接线路，热电偶F插入传热筒底面和散热铜盘的侧面小孔（注意：一定要插入底部使之接触良好），另一端插入保温瓶细玻璃管内。3连接好直流数字电压表，接通电源，按下调零键，旋转调零旋钮，使读为0。然后按下mV键，便可测出温差电动势。4接通好直流电源， 使红外灯电压缓慢升高。为缩短达到稳态时间， 可先将红外灯电压高到期180200V约20min后再降到150V左右，然后每隔一段时间读一次电动势值。若5min内Ti和T2的示值基本不变，即可认为达到稳态。记下稳态时的Ti和T2示值后抽去样品盘，经调节使散热铜盘与传热筒底面直接接触，使铜盘电动势上升1mV后,移去传热筒，让筒盘自然冷却（调压器调到零电压），每隔相同时间间隔（例如30s ）记一次电动势值，挑选其中接近；2的各5个数据填入表中：自然冷却铜盘温差电动势与时间数据即mVt/min-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5其中，0表示最接近-_，2的某一电动势值,