导热系数的测定

PAGE3PAGE2导热系数的测定导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以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。测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。【实验目的】了解热传导现象的物理过程2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数3．学习用作图法求冷却速率4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法【实验仪器】1、YBF-3导热系数测试仪一台2、冰点补偿装置一台3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）一组4、塞尺一把【仪器简介】仪器的面板图上面板图下面板图加热温度的设定：=1\*GB3①．按一下温控器面板上设定键（S），此时设定值（SV）显示屏一位数码管开始闪烁。=2\*GB3②.根据实验所需温度的大小，再按设定键（S）加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。=3\*GB3③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。仪器的连接连线图从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。【实验原理】为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着Z方向传导，那么在Z轴上任一位置Z0处取一个垂直截面积dS（如图1）以表示在Z处的温度梯度，以表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积dS的热量），那么传导定律可表示成：(S1-1)式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数λ即为导热系数,可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是在材料内造成一个温度梯度，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率。关于温度梯度图（2）（图1）为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它图（2）（图1）测T3值时要在T1、T2达到稳定时，将上面测T1或T2的热电偶移下来插到金属下端的小孔中进行测量。高度h按金属样品上的小孔的中心距离计算。3、样品圆盘B和散热盘P的几何尺寸，可用游标尺多次测量取平均值。散热盘的质量m约0.8㎏，可用药物天平称量。4、本实验选用铜—康铜热电偶，温差100℃时，温差电动势约4.27mV，故配用了量程0—20mV的数字电压表，并能测到0.01ｍV的电压。备注：当出现异常报警时，温控器测量值显示：HHHH设置值显示：Err，当故障检查并解决后可按设定键（S）复位和加数键（▲）、减数键（▼）键重设温度。【注意事项】1、使用前将加热盘与散热盘面擦干净。样品两端面擦净，可涂上少量硅油。以保证接触良好。注意，样品不能连续做试验，特别是硅橡胶，必须降至室温半小时以上才能下一次试验。2、在实验过程中，如若移开电热板，就先关闭电源。移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。3、4、仪器使用时,应避免周围有强烈磁场源的地方。5、实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使样品两端划伤，以至影响实6、仪器长时间不使用时，请套上塑料袋，防止潮湿空气长期与仪器接触。房间内空气湿度应小于80%。【数据记录与处理】室温________湿度________测量项123456样品直径DB样品厚度hB下铜板质量m下铜板直径DP下铜板厚度hP加热置于高档。20～40分钟后(时间长短随被测材料和环境有所不同)，改为低档（PID控温时可以保持高档不变），每隔2分钟读取温度示值：时间（min）0246810121416VT1（mV）VT2（mV）测量下铜盘在稳态值VT2附近的散热速率时，每隔30s记录的温度示值：t(s)0306090120150180210240VT2（mV）导热系数的计算：式中的R为样品的半径、h为样品的高度、m为下铜板的质量、c为铜块的比热容、RP和hP分别是下铜板的半径和厚度。右式中的各项均为常量或直接易测量。导热系数的不确定度结果表示：单位：W•m1•℃-1附录1铜——康铜热电偶分度表热电势（mV）温度℃0123456789-10-000.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.087301313.1763.2213.2662.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.7011104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.179附录2不同材料的密度和导热系数材料名称(20℃)导热系数W/(m·k)导热系数密度温度(℃)W/(m.k)（kg/m3）