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1、实验七实验七 导热系数的测定实验导热系数的测定实验 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、性能可靠。导热系数的测定实验【 实实 验验 目目 的的 】 测定金属、橡皮、空气的导热系数导热系数的测定实验【 实实 验验 原原 理理 】 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。 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
2、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：=（1）导热系数的SI单位的瓦特每米开尔文单位符号为 ：W/(m0C)导热系数的量纲为： 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 Scm0C)，它与SI单位的换算是：1cal/(S ScmK)=418.68w/(mK) 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。 导热系数的测定实验【 实实 验验 仪仪 器器 】 1、热源：电热管、加热铜板。2
3、、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 器器 附附 件件（必备附件）有： 真空保温杯 一只； 硬铝样品 一块（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用）橡 皮 样品 一块； 热电偶（铜-康铜） 二根 数字电压表 一台 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
4、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。 导热系数的测定实验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。图1：稳态法测定导热系数实验装置图A A-带电热板的发热盘 B B-样品 C C-螺旋头D D-样品支架 E E-风扇 F F-热电偶 G G-真空保温杯 H H-数字电压表 P P-散热盘【 实实 验验 仪仪 器器 】 导热系数的测定实验【 实实 验验 内内 容容 】 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
5、上，把冷端放在装有冰水混合物 的杜瓦瓶内的细玻璃管中，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。7、移去样品，使加热盘与散热盘较
6、好的接触，再将加热开关拨至 220V 档。加热散热盘。导热系数的测定实验【 实实 验验 内内 容容 】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，Q/t为：（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
7、等。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Q/t，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 P直接接触，使盘P 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 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 的导热系数的测定实验【 实实 验验 内内 容容 】的温度数据，求出铜盘P P在2的冷却速率 ，则 mc 就是散热在2时的散热速率，代入式（2）得：（3）(3)式中, m 为铜盘的质量，C为铜的比热容。 导热系数的测定实验【 注注 意意 事事 项项 】 、1、在做稳态法
8、时，要使温度稳定约要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:测3值时可在1、2达到稳定时，将上面测1 或2的热电偶移下来进行测量。3、圆筒
9、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。 导热系数的测定实验【 注注 意意 事事 项项 】 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100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：接地线必须接地导热系数的测定实验
