導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料..

1、實(shí)用文檔標(biāo)準(zhǔn)文案一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑梅€(wěn)態(tài)法測定金屬、空氣、橡皮的導(dǎo)熱系數(shù)。二、【實(shí)驗(yàn)儀器】導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、銅-康導(dǎo)熱電偶、游標(biāo)卡尺、數(shù)字毫伏表、臺(tái)秤（公用）、杜瓦瓶、秒表、待測樣品（橡膠盤、鋁芯）、冰塊ABC冰水混合物嬴輸入數(shù)字電壓表調(diào)零FD-TX-FPZ-II 導(dǎo)熱系數(shù)電壓表圖4-9-1穩(wěn)態(tài)法測定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置三、【實(shí)驗(yàn)原理】1、良導(dǎo)體（金屬、空氣）導(dǎo)熱系數(shù)的測定根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為h、溫度分別為。1、。2的平行平面（設(shè)。1。2）,若平面面積均為 S,在 t時(shí)間內(nèi)通過面積 S的 熱量 Q免租下述表達(dá)式：QS（2）3 3-26-1 ）th式中，

2、一Q為熱流量；即為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，在數(shù)值上等于相距單位長度的兩平面t的溫度相差1個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量，其單位是W/（m K）。在支架上先放上圓銅盤 P,在P的上面放上待測樣品 B,再把帶發(fā)熱器的圓銅盤 A放在B上，發(fā)熱器通電后，熱量從 A盤傳到B盤，再傳到P盤，由于A,P都是良導(dǎo)體，其溫度即 可以代表B盤上、下表面的溫度。1、0 2,。1、。2分別才f入A、P盤邊緣小孔的熱電偶 E來 測量。熱電偶的冷端則浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通過“傳感器切換”開關(guān)G,切換A、P盤中的熱電偶與數(shù)字電壓表的連接回路。由式（3-26-1 ）可以知道，單位時(shí)間內(nèi)通過待測樣品B任一圓截面的熱流

3、量為Q（ 12）2U且 Rb（3-26-2）thB式中，R為樣品的半徑，hB為樣品的厚度。當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，91和。2的值不變，遇事通過B盤上表面的熱流量與由銅盤 P向周圍環(huán)境散熱的速率相等，因此，可通過銅盤PQ -，, 一 一一 在穩(wěn)定溫度T2的散熱速率來求出熱流量o實(shí)驗(yàn)中，在讀得穩(wěn)定時(shí)。1和。2后，即可將Bt盤移去，而使 A盤的底面與銅盤 P直接接觸。當(dāng)銅盤 P的溫度上升到高于穩(wěn)定時(shí)的。2值若 干攝氏度后，在將 A移開，讓P自然冷卻。觀察其溫度。隨時(shí)間 t變化情況，然后由此求出銅盤在。2的冷卻速率一，就是銅盤P在溫度為。2時(shí)的散熱速率。22、不良導(dǎo)體（橡皮）的測定導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)熱

4、傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量。材料結(jié)構(gòu)的變化與所含雜質(zhì)的不同對(duì)材料導(dǎo) 熱系數(shù)數(shù)值都有明顯的影響，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常常需要由實(shí)驗(yàn)去具體測定。測量導(dǎo)熱系數(shù)在這里我們用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對(duì)樣品加熱，樣品 內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)，樣品內(nèi)部各點(diǎn)的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動(dòng)；適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)可使加熱和傳熱的過程達(dá)到平衡狀態(tài)，則待測樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布，根據(jù)這一溫度分布就可以計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。而在動(dòng)態(tài)法中， 最終在樣品內(nèi)部所形成的溫度分布是隨時(shí)間變化的，如呈周期性的變化， 變化的周期和幅度亦受實(shí)驗(yàn)條件和加熱快慢的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法測量

5、不良導(dǎo)體（橡皮木品）的導(dǎo)熱系數(shù)，學(xué)習(xí)用物體散熱速率求傳導(dǎo)速率的實(shí)驗(yàn)方法。1898年C. H. Le e s .首先使用平板法測量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)，這是一種穩(wěn)態(tài)法， 實(shí)驗(yàn)中，樣品制成平板狀，其上端面與一個(gè)穩(wěn)定的均勻發(fā)熱體充分接觸，下端面與一均勻散熱體相接觸。由于平板樣品的側(cè)面積比平板平面小很多，可以認(rèn)為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計(jì)，即可以認(rèn)為，樣品內(nèi)只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內(nèi)，各處的溫度相同。Q樣品的熱量 Q滿足下式：t設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)，樣品的上下平面溫度分別為12 ,根據(jù)傅立葉傳導(dǎo)方程，在t時(shí)間內(nèi)通過1-2s.hB（1）式中為樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，h

6、B為樣品的厚度，S為樣品的平面面積，實(shí)驗(yàn)中樣品為圓盤狀。設(shè)圓盤樣品的直徑為dB ,則半徑為RB,則由（1）式得:hB-Rb2(2)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示、固定于底座的三個(gè)支架上，支撐著一個(gè)銅散熱盤P,散熱盤P可以借助底座內(nèi)的風(fēng)扇，達(dá)到穩(wěn)定有效的散熱。散熱盤上安放面積相同的圓盤樣品B,樣品B上放置一個(gè)圓盤狀加熱盤 C,其面積也與樣品 B的面積相同，加熱盤 C是由單片機(jī)控制的 自適應(yīng)電加熱，可以設(shè)定加熱盤的溫度。當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，樣品上下表面的溫度1和2不變，這時(shí)可以認(rèn)為加熱盤 C通過樣品傳遞的熱流量與散熱盤P向周圍環(huán)境散熱量相等，因此可以通過散熱盤 P在穩(wěn)定溫度Q2時(shí)的散熱速率來求出熱流量t。實(shí)

7、驗(yàn)時(shí)，當(dāng)測得穩(wěn)態(tài)時(shí)的樣品上下表面溫度1和2后，將樣品 B抽去，讓加熱盤 C與散熱盤P接觸，當(dāng)散熱盤的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的 2值20c或者20c以上后，移開加 熱盤，讓散熱盤在電扇作用下冷卻， 記錄散熱盤溫度 隨時(shí)間t的下降情況，求出散熱盤在2時(shí)的冷卻速率t2,則散熱盤P在2時(shí)的散熱速率為:Qmc 2tt(3) 其中m為散熱盤P的質(zhì)量，c為其比熱容。在達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過程中,P盤的上表面并未暴露在空氣中，而物體的冷卻速率與它的散熱表面積成正比，為此,穩(wěn)態(tài)時(shí)銅盤P的散熱速率的表達(dá)式應(yīng)作面積修正:Qmc t tRp22 RPhP2 一2 RP2 RPhP(4)其中Rp為散熱盤P的半徑,hp為其厚度。由(

8、2)式和(4)式可得:1 24hBdB2mctRp22 RPhP2 一2 RP2 RPhP(5)所以樣品的導(dǎo)熱系數(shù)為:mc tRP 2hPhB12RP 2hP 1Rb2(6)Qt為:時(shí)可以認(rèn)為發(fā)散盤四、【實(shí)驗(yàn)步驟】1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測定根據(jù)上述裝置，由傅里葉導(dǎo)熱方程可知，通過待測樣品B盤的熱流量,2-2 Rb，實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)熱傳達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，01、。的值將穩(wěn)定不變，這hBA通過圓盤樣品上平面?zhèn)魅氲臒崃颗c由散熱盤向周圍環(huán)境散熱的速率相等。因此可通過散熱盤 P在穩(wěn)定溫度。時(shí)的散熱速率求出熱流量一Q,方法如下，當(dāng)讀得t穩(wěn)態(tài)時(shí)的。1、。2后，將樣品B盤抽去，讓發(fā)熱盤 A的底面與散熱盤 P直接接觸，使盤 P的

9、 溫度上升到比。2高出1mV£右時(shí)，再將發(fā)熱盤 A移開，附上原盤樣品(或絕緣圓盤)，讓散 熱盤P冷卻電扇仍處于工作狀態(tài)， 每隔30秒鐘讀一下散熱盤的溫度示值， 選取鄰近。2的溫度數(shù)據(jù)，求出，銅盤 P在0 2的冷卻速率 一t就是散熱在0時(shí)的散熱速率，帶入式( 2) 得：mc- (3)t| 2 ( 1 2)R2(3)式中，m為銅盤質(zhì)量，C為銅的比熱容。2、空氣導(dǎo)熱系數(shù)的測量步驟同上3、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定(1)取下固定螺絲，將橡皮樣品放在加熱盤與散熱盤中間，橡皮樣品要求與加熱盤散熱 盤完全對(duì)準(zhǔn)；要求上下絕熱薄板對(duì)準(zhǔn)加熱和散熱盤。調(diào)節(jié)底部的三個(gè)微調(diào)螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好，但

10、注意不宜過緊或過松：(2)按照?qǐng)D1所示，插好加熱盤的電源插頭；再將 2根連接線的一端與機(jī)殼相連，另 一有傳感器端插在加熱盤和散熱盤小孔中，要求傳感器完全插入小孔中，并在傳感器上抹一些硅油或者導(dǎo)熱硅脂，以確保傳感器與加熱盤和散熱盤接觸良好。在安放加熱盤和散熱盤時(shí)，還應(yīng)注意使放置傳感器的孔上下對(duì)齊(注意：加熱盤和散熱盤兩個(gè)傳感器要一一對(duì)應(yīng)，不可互換)(3)接上導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的電源，開啟電源后，左邊表頭首先顯示從FDHC然后顯示當(dāng)時(shí)溫度，當(dāng)轉(zhuǎn)換至 b= = =時(shí)，用戶可以設(shè)定控制溫度。設(shè)置完成按“確定”鍵，加熱盤 即開始加熱。右邊顯示散熱盤的當(dāng)時(shí)溫度。(4)加熱盤的溫度上升到設(shè)定溫度值時(shí)，開始記錄散

11、熱盤的溫度，可每隔一分鐘記錄一 次，待在10分鐘或更長的時(shí)間內(nèi)加熱盤和散熱盤的溫度值基本不變，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn) 定狀態(tài)了。(5)按復(fù)位鍵停止加熱，取走樣品，調(diào)節(jié)三個(gè)螺栓使加熱盤和散熱盤接觸良好，再設(shè)定溫度到80C,加快散熱盤的溫度上升，使散熱盤溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的2值20c左右即可。(6)移去加熱盤，讓散熱圓盤在風(fēng)扇作用下冷卻，每隔 1 0秒(或者3 0秒)記錄一次散-I熱盤的溫度示值，由臨近2值的溫度數(shù)據(jù)中計(jì)算冷卻速率t 12。也可以根據(jù)記錄數(shù)據(jù)做冷卻曲線，用鏡尺法作曲線在2點(diǎn)的切線，根據(jù)切線斜率計(jì)算冷卻速率。(7)根據(jù)測量得到的穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度值1和2以及在溫度2時(shí)的冷卻速率，由公式RP

12、2hP4hB1mc 2 -Tt 2Rp 2hp12 dB 計(jì)算不良導(dǎo)體樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。五、【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理】1、金屬導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)前測得室溫t=18.0 C;散熱盤B的直徑為2R=13.02cm,即半徑 R=6.51cm, 厚度為 hB=0.79cm,質(zhì)量 m=889.3.g;加熱盤 A的直徑為2R=13.02cm,即半徑 R=6.51cm。銅的比熱容 c =0.0917cal/（gK）。1、用TC-3型固體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀來測量空氣的熱導(dǎo)率 hc=1.07 mm （所測得數(shù)據(jù)如下）穩(wěn)態(tài)時(shí)Ti、F的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i123456789平均1(mv)3.313.293.283.333

13、.283.263.273.313,323.2882(mv)1.162.862.852.862.872.872.862.852.872.861T(s)03060901201501802102 (mV)3.303.183.083.002.942.892.862.84冷卻速率圖t/s h 1i i將數(shù)據(jù)代入公式mc 2得入=407.28 w m kt i 2R22、空氣導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理穩(wěn)態(tài)時(shí)Ti、T2的數(shù)據(jù)（每隔2分鐘記錄）i12345平均01 (mV2.922.932.932.932.932.930 2 (mV1.621.621.621.621.621.62冷卻速率t (s)030609012

14、0150180(mV/s) t20 2 (mV1.821.711.621.531.441.351.260.0031冷卻速率圖象分析如下:h=1.25mmt將數(shù)據(jù)代入（c）可算出入=3.02 X 10-2W/ （m? C）3、橡膠導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理樣品：橡膠；室溫：18 c；散熱盤比熱容（黃銅）：C= 0.0917 J /（Kg K）;散熱盤質(zhì)量：m= 889.3 g ;散熱盤P的厚度hP = 0.78mm ;散熱盤 P的半徑：RP = 6.51 mm ;橡皮樣品厚度 hB = 0.80 mm ;橡皮樣品直徑dB = 6.51*2mm13.523.523.513.503.503.503.493

15、.503.493.4922.492.502.512.512.522.522.522.532.532.53穩(wěn)態(tài)時(shí)（1 0分鐘內(nèi)溫度基本保持不變，樣品上表面的溫度示值1 = 3.502 C.樣品下表面溫度不值 2 = 2.516 C。每隔30秒記錄一次散熱盤冷卻時(shí)的溫度示值，如下表: 散熱盤每隔30秒自然冷卻時(shí)溫度記錄0 / c2.602.552.502.442.402.36t 2=0.0016作冷卻曲線得到：冷卻速率圖t/sRP 2hP 4hB 1mc2將以上數(shù)據(jù)代入公式(6)計(jì)算得到：t2RP 2hP12 dB=5.02 x 10A ( 4 ) cal / ( s? cm? C ) =0.21

16、叱(m? C )【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得銅的導(dǎo)熱系數(shù)最大，導(dǎo)熱性能最好，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)最小， 不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)居中。1、實(shí)驗(yàn)誤差 、黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)1111=407.28 w m k ,0 401w m k ；!一J 100% = 407.28 401 100% 1.57%0401、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)-2_ 112_ 11= 3.02x10 w mk,o=2.61io 2 w m k-一一一,一2-,-2100% =3.02 102.61 10100%=15.71%02.61 10 2(3)、不良導(dǎo)體(橡皮)的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)處理11110.21 w m k , 0=0.2 w m k ;100%

17、="2100% 5%2、誤差產(chǎn)生的原因?qū)嶒?yàn)中電壓讀數(shù)誤差為 0.01mv,游標(biāo)卡尺的測量誤差為 0.02mmo在實(shí)驗(yàn)過程中由于人員走動(dòng)過，導(dǎo)致空氣流通，散失熱量造成誤差且空氣的厚度在測量中也會(huì)造成誤差。由于升溫、降溫不好控制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較長，室溫可能在實(shí)驗(yàn)中有變化。由于儀器使用時(shí)間過長發(fā)生磨損，可能造成系統(tǒng)誤差。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)心得通過測定良導(dǎo)體（銅、空氣） 、不良導(dǎo)體（橡膠）的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)，我們組的各同學(xué)都明白了要用 1、測良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法2、導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是什么？3、測入要滿足什么條件，怎樣保證這些條件？4、測量冷卻速率時(shí)，為什么要在穩(wěn)態(tài)

18、溫度82附近取值？1、 測良導(dǎo)體、不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)的方法是穩(wěn)態(tài)法測量導(dǎo)熱系數(shù)我們組用的是穩(wěn)態(tài)法，在穩(wěn)態(tài)法中，先利用熱源對(duì)樣品加熱， 樣品內(nèi)部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導(dǎo)， 樣品內(nèi)部各點(diǎn)的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動(dòng)； 適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)可使加熱和傳熱的過程達(dá)到平衡狀態(tài)， 則待測樣品內(nèi)部可能形成穩(wěn)定的溫度分布， 根據(jù)這一溫度分布就可以計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。 而在動(dòng)態(tài)法中， 最終在樣品內(nèi)部所形成的溫度分布是隨時(shí)間變化的， 如呈周期性的變化， 變化的周期和幅度亦受實(shí)驗(yàn)條件和加熱快慢的影響，與導(dǎo)熱系數(shù)的大小有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法測量良導(dǎo)體（銅、空氣） 、不良導(dǎo)體（ 橡皮樣品 ） 的導(dǎo)熱系數(shù)，學(xué)習(xí)用物體散熱速率求傳導(dǎo)速率的實(shí)驗(yàn)方法。2、 導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義：導(dǎo)熱系數(shù)是表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量。導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K, ° C）,在1秒內(nèi)，通過1平方米 面積傳遞的熱量，用人表示，單位為瓦/ （米度），w/ （m k） （W/m - K,此 處的 K 可用代替。導(dǎo)熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關(guān)。 材料結(jié)構(gòu)的變化與所含雜質(zhì)的不同對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值都有明顯的影響， 因 此材料的導(dǎo)熱系數(shù)常常需要由實(shí)驗(yàn)去具體測定。3、 測入要滿足什么條件，怎樣保證這些條件？測8 1、8 2系統(tǒng)要