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1、实验七：导热系数的测定实验 【引言】【引言】 本实验是用稳态法测不良导体、金属、空气等多种材料的导热系数。由于采用电热管 加热，热电偶测温，设计先进，使用方便，结构安全、可靠。 【实验目的】【实验目的】 测定金属、橡皮、空气的导热系数。 【实验原理】【实验原理】 测定导热系数的原理是法国数学、物理学家约瑟夫.傅立叶给出的导热方程式。该 方程式指出，在物理内部，垂直于导热方向上，二个相距为h，面积为A，温度分别为 1、2的平行平面，在t秒内，从一个平面传到另一个平面的热量Q，满足下 述表达式： Qt 12h(1)式中 定义为该物质的导热系数，亦称热导率。由此可知，导热系数是表示物 质热传导性能的
2、物理量，其数值等于二相距单位长度的平行平面上，当温度相差一 个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所流过的热量。 导热系数的SI单位的瓦特每米开尔文单位符号为 ：Wm C/ () o 导热系数的量纲为： = = = Q hA tL MTLL TLMT 22231导热系数过去常用的非SI制单位是国际蒸汽表卡每秒厘米开（尔文） ：cal/（S cm Co)，它与SI单位的换算是：1cal/(s = cm Kwm K)./ ()41868材料的结构变化与杂质多少对导热系数都有明显的影响。同时，导热系数一般随温 度而变化，所以实验时对材料成份，温度等都要一并记录。 【实验仪器及组成实验仪器及组成】1
3、1、热源：电热管、加热铜板。2、样品架：样品支架、样品板。3、测温部分：铜康铜热电偶、数字式毫伏表。 仪 器 附 件仪 器 附 件（必备附件）有：1、 真空保温杯 一只；2、 硬铝样品 一块（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） ；3、 橡皮样品 一块；4、 热电偶（铜康铜） 二根5、 数字电压表 一台6、 塞尺(测片) 一把 本实验装置如图1所示，固定于底上的三个测微螺旋头支撑着一铜散热盘P，在 散热盘P上，安放一待测的圆盘样品B，样品B上再安放一圆筒发热体，圆筒发热体 由电热板提供热源，实验时一方面发热体底盘A直接将热量通过样品上平面传入样 品，另一方面散热盘P籍电扇有效稳定地散热 ，使传入样
4、品的热量不断往样品的下 平面散出，当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时发热盘A与散热盘P的温度为一定的数值。 当待测样品为空气层时，可利用测片调节三螺旋头使散热盘与热盘相距一定的距 离 h ，此即待测定空气层的厚度。2图1：稳态法测定导热系数实验装置图A带电热板的发热盘 B样品 C螺旋头 D样品支架 E风扇 F热电偶 G真空保温杯 H数字电压表 P散热盘 【实验步骤】【实验步骤】 （1）取下固定螺丝，将样品放在加热盘与散热盘中间，然后固定：调节底部的 三个微调螺母，使样品与加热盘、散热盘接触良好； （2）将电热偶的两插头插在表盘的测2上，把冷端放在装有冰水混合物的杜瓦瓶 内的
5、细玻璃管中，热端插在散热金的小插孔上：将另一热电偶插在表盘的测1内，冷 端也放入杜瓦瓶内的另一细管中；热端插入加热盘上的小插孔中； （3）插好加热板的电源插头；再将驼线的一端与数字电压表相连，另一端插在 表盘的中间位置； （4）最后，分别接好导热系数测定仪与数字电压表的电源。 （5）调节数字电压表的调零旋钮，再将加热开关拨至220V档，开始加热； （6）待稳定后，可以将切换开关分别拨至测1和测2端，记录此刻样品上、下表 面的温度； （每隔3分钟读样品上下表面的温度，若在10分钟内样品上下表面的温度 示数都不变。可以认为己经达到稳定状态了）A3.000mvHABCGEDFP3（7）移去样品，使加
6、热盘与散热盘较好的接触，再将加热开关拨至 220V档。 加热散热盘。 （8）移开加热板，在散热盘上放置胶木板，使散热盘自然冷却；稳定状态时， 通过样品上表面的热流量与由散热盘向周围环境散热的速率相等，当散热盘冷却至 稳态时的温度。记录此时的散热速率以求出热流量。 根据上述装置， 由傅立叶导热方程式可知， 通过待测样品B盘的热流量， Qt/为： QtRh = 212(2)式中h为样品厚度，R为圆盘样品的半径， 为样品热导率1、2分别为稳态时样品上下 平面的温度。 实验时，当传热达到稳态时，1、2的值将稳定不变，这时可以认为发热盘A通 过圆盘样品上平面传入的热量与由散热盘P向周围环境散热的速率相等
7、。 因此可通过 散热盘P在稳定温度2时的散热速率求出热流量 Qt/，方法如下，当读得稳态 时的1、2后，将样品B盘抽去，让发热盘A的底面与散热盘P直接接触，使盘P的 温度上升到比2高出1mV左右时， 再将发热盘A移开， 放上圆盘样品 （或绝缘圆盘） ， 让散热盘P冷却电扇仍处于工作状态， 每隔30秒钟读一下散热盘的温度示值， 选取邻 近2的温度数据，求出铜盘P在2的冷却速率 t| =2，则mc tQt| = =2就 是散热在2时的散热速率，代入式（2）得： = =mcthR |21221(3)(3)式中,m为铜盘的质量，C为铜的比热容。4【实验注意事项】【实验注意事项】1、在做稳态法时，要使温
8、度稳定约要1个小时左右，为缩短时间，可先将热板 电源电压打在220V快速加热档，几分钟后1 4.00mV即可将开关拨至110V慢速 加热档待1降至3.50mV左右时通过手动调节电热板电压220V档、110V档及0V档， 使1读数在0.03mV范围内，同时每隔2分钟记下样品上下圆盘A和P的温度1和 2的数值，待2的数值在10分钟内不变即可认为已达到稳定状态，记下此时的1和2值。2、测金属的导热系数时1,2值为稳态时金属样品上下两个面的温度，此时 散热盘P的温度为3值。因此测量P盘的冷却速率应为: t| =3, = = mcthR |31221测3值时可在1、2达到稳定时，将上面测1或2的热电偶移
9、下来进行测量。3、圆筒发热体A盘侧面和散热盘P的侧面，都有供安插热电偶的小孔，安放发 热盘时此二小孔都应与真空保温杯在同一侧，以免路线错乱。热电偶插入小孔时， 要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保证接触良好。热电偶冷端插入浸于冰水中的细 玻璃管内，玻璃管内也要灌入适当的硅油。4、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1kg，可用药物天平称量。5、本实验选用铜康铜热电偶，温差100oC时，温差电动势约4.2mV.故应配 用量程010mV的数字电压表,并能测到0.01mV的电压(也可用灵敏电流计串联一电 阻箱来替代)。*注意：接地线必须接地注意：接地线必须接地
