不良导体导热系数的测定课件(赵存虎改编)2017

不良导体导热系数的测定《大学物理实验》大学物理实验教学示范中心赵存虎编制1

热传导及本质：

热传导：热量从高温物体自发向低温物体转移，叫做热传导。

本质：分子、原子和自由电子的热运动。导言2

导热系数

反映材料传热性能的物理量。良导体导热系数大.（导热性好的材料导电性也好）金属比非金属导热系数大，固体比液体导热系数大，气体导热系数最小。材料应用时，导热系数需实验测定。3导言材质导热系数λW·

m-1•K-1材质导热系数λW·

m-1•K-1铂71.4橡皮0.13-0.23黄金315硬质聚氨酯泡沬0.020玻璃0.61-0.71玻璃钢0.52普通砖0.600轻质软木0.050不同材料的导热系数4导言实验目的1、掌握稳态热板法测定不良导体导热系数方法；2、学习使用物体的散热速率求出传热速率的实验方法。3、了解IC（半导体集成器）温度传感器的使用方法。4、进一步熟悉游标卡尺的使用。5实验目的实验原理1、热传导定律6固态样品在稳态时，设

1为x1处表面的温度，

2为x2处表面的温度，hB为样品的厚度，S为样品的截面面积。则在时间

t

内经面积S传递的热量

Q满足如下规律：实验原理2、导热系数其中的

为导热系数：单位面积、单位厚度的样品在温差为1K时，单位时间内通过的热量即为导热系数，单位（W·m-1·K-1）。73、稳态法测不良导体的导热系数当传入样品的热量等于散出的热量时，样品处于稳定导热状态。样品内部的温度不再随着时间变化。8实验装置示意图~220V电热板发热盘橡胶盘散热板ＱＱ1Ｑ电风扇散热Ｑ2实验原理样品（橡胶盘）的传热速率为：

1为样品上表面的温度，

2为样品下表面的温度，hB为样品的厚度，S为样品的截面积。样品B（橡胶盘）发热盘C散热盘P（黄铜盘）截面积ShB样品9实验原理稳态时:传入的热量等于散出的热量

即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率样品10实验原理样品传热速率散热盘散热速率关键是求散热盘的散热速率移开样品，让散热盘P直接接触加热盘C，当散热盘温度上升超过

2值10℃时移开加热盘，在风扇持续作用下使散热盘散热冷却，当温度达到

2附近时，散热盘的散热速率应等于其冷却速率，即：11实验原理其中m为散热盘质量，c为散热盘的比热容。（吸放热定律）考虑到散热盘风扇冷却时与稳态时的散热面积不同，而冷却速率与它的散热面积成正比，故而P盘散热速率修正为：于是12实验原理其中RP为散热盘半径，hP为散热盘厚度。其中dB为样品直径，hB为样品厚度。13实验原理样品的导热系数λRP——散热盘半径hP——散热盘厚度dB——样品直径hB——样品厚度m——散热盘质量，c——散热盘的比热容。231测量橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度dB、hB、dP、hP。黄铜盘质量m和比热容c由实验室提供。14实验内容实验步骤稳态法测橡胶盘上下表面的温度

1

和

2测量散热盘（黄铜板）的冷却速率，4计算

。（1）调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。（2）开启电源，设定发热盘的温度θ1在50℃

。（3）注意观察！当加热盘温度达到设定温度θ1后，观察散热盘的温度

θ2，若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。记录最后θ2。15实验内容构建传热系统稳态并测量样品温度θ1

、θ216实验内容测量散热盘的冷却时的温度（1）停止加热，取走橡胶盘，调整加热盘和散热盘，使二者直接密切接触，重新开启加热盘使散热盘升温。（2）散热盘温度超过

2值10℃时分离两盘，风扇使散热盘冷却，每隔20秒读出散热盘的温度示值

，选择

2附近前后各5个数据填入数据记录表5-12-5。17

用逐差法求冷却速率，

t=100s

数据处理1、散热盘的冷却速率序号12345678910t/s020406080100120140160180

/℃2、计算RP

、hP、dB

、hB平均值；18数据处理3、计算橡胶板的导热系数