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1、导热体热导率的测定实验实验目的】1）掌握材料热导率测量的一种方法。2）进一步掌握用逐差法进行数据处理实验装置】热导率测量仪结构如图3.14.1 所示。罩盖电源插座热导率测量仪结构图 3.14.1 整个测量系统为一个圆柱体形状，如图3.14.2所示。加热器件1接在一个可调节的 220V 交流电源上，由加热器件 1 产生的热量均匀地传到加热盘 2 上，加热盘 2 与被测物体上表面 良好接触，散热盘 4 与被测物体下表面良好接触，在加热盘和散热盘上各安装一个热电偶， 用于测量被测物体两端的温度。测量不良导热体和良导热体时，只需更换“被测物体 3”。热导率的测量系统 图 3.14.2实验原理】热导率的
2、测量采用稳态法。实验原理如图3.14.3所示，图中物体1的温度为厂2,物体2的 温度为g,被测物体位于物体2和物体1之间，周围用热绝缘材料包围。厂Z待测圆棒热流热绝缘热导率的实验原理图 3.14.3假定温度卩2_，根据热传导的原理可知，热流量应按箭头所指的方向流动，当时间足够长 时，T2和人的温度达到稳定并保持不变，此时称系统达到稳恒状态。稳恒状态可用公式表示为3.14.1)九 S (T - T)A 21LA式中詈热流量;SA 被测物体截面面积；九 被测物体的热导率；LA 被测物体的长度。根据公式（3.14.1）可知，热流量与被测物体的热导率成正比，与被测物体的截面面积成正 比，与长度成反比。
3、图 3.14.4假定系统未达到稳恒态，被测物体中每一点的温 度都可能随时间而变化。如图 3.11.3所示，在加热前， 整个系统都处在环境温度下，从时间开始，对 物体I加热，使其温度逐渐升高，温度用T2来表示。 在不同的时间被测物体内的温度分布如图 3.14.4 所 示，在时刻，被测物体左端的温度随着长度L的变 化要比右端快得多，这就是说，提供的热流量从被测 物体的左端流向中央区域，并升高那里的温度。开始 时被测物体左端的热流量比右端要大得多，随着时间 的增加，被测物体各处热流量的差别会越来越小，直 到很长时间之后，就达到稳恒态，温度均匀分布。值得注意的是，最终的稳恒状态完 全不依赖于t=0时的
4、初始状态，而只取决于被测物体两端的温度。 在稳恒状态时，流过被测物体的热流量在所有截面上应该相同，否则就会有热流流入或流 出某个区域，就会改变这些区域的温度，这与前面讨论稳恒态状的假设相矛盾。因此，在稳恒状 态时流过被测物体的热流为恒定热流量。图 3.14.4 是沿着被测物体长度的瞬态和稳态的温度分布图， T 为初始温度。图中的曲线分S别对应时间为：t2 = 5ti， 3=101， = 20。在稳恒状态时流入物体 2 的热流量应等于其散热速度，可用公式表示为AQAtAT二 meAt式中AT物体2上温度的变化量;单位时间内的温度变化，称为散热速率；AtmeAT 物体2上的散热速度。At由于物体2
5、的实际散热面积小于全表面面积，所以公式应改为AQAT S=me b AtAt SB 式中SB物体2的实际散热面积;SB 物体 2 的表面面积；m 物体 2 的质量；3.14.2)c 物体2材料的比热值。在稳恒状态时，物体2上的散热速度应等于流过被测物体的恒定热流量，所以，将式(3.14.2)代入式(3.14.1 )即可求出热导率九的值,S AT1 L九=meB aSAt (T - T) SB21 A3.14.3)从上式中可以看出只有竺和1为待测变量，其余参数均为常量，由其几何尺寸决定At(T -T)21S = nR 2 + 2nR LBBB BS = 2nR2 + 2nR LBBB B式中RB
6、，气一一散热盘6 (见图3.14.1)的半径和高度3.14.4)3.14.5)又S = nR 2(3.14.6)AAR ， L 为被测物体 5(见图 3.14.1)的半径和高度。将公式(3.14.4)，(3.14.5)，(3.14.6) AA代入式(3.14.3)得：.nR 2 + 2nR L入=me Bb b2nR2 + 2nR LBB BAT1 LAAt (T - T) nR221A0.5 R + L=me bbR + LBBAT 1 LAAt (T - T) nR 221AW/(m -C)3.14.7)思考题】1 )通过本次实验，试分析为什么主要误差来源于散热速率这一项。2)试说明为什么调整仪器时，要使被测物体与加热盘和散热盘良好接触
