导热系数实验报告.doc

导热系数实验报告.doc在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
一、 【实验目的】
用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。
二、 【实验仪器】
导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤 （公用）、杜瓦瓶、秒表、待 测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块
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A B C
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测2- 导热系数测定仪
220V
110V
冰水混合物
FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表
在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
三、【实验原理】
h、温
1、良导体（金属、空气）导热系数的测定
根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为
度分别为B i、B 2的平行平面（设0 i> 0 2）,若平面面积均为 S,在心t时间内通过面积 S
的热量=Q免租下述表达式:
(3-26-1)
式中，_Q为热流量；1即为该物质的导热系数， '在数值上等于相距单位长度的两平面
it
的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 W （m K）。
在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
在B上，发热器通电后，热量从 A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温
度即可以代表B盘上、下表面的温度0 1、0 2, 9 i、B 2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶 E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关 G,切
换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（ 3-26-1 ）可以知道，单位时间内通
过待测样品B任一圆截面的热流量为
(3-26-2)
―2
式中，Rb为样品的半径，hB为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时， 0 i和0 2的值不变，
遇事通过B盘上表面的热流量与由铜盘 P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘
△Q
P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量 。实验中，在读得稳定时 0 1和0 2后，即可
At
将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘 P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的 0 2
值若干摄氏度后，在将 A移开，让P自然冷却。观察其温度 0随时间t变化情况，然后由
此求出铜盘在
0 2的冷却速率
A0
，而
也t妙
A9
me——
，就是铜盘P在温度为0 2时的散热速率。
在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
2、不良导体（橡皮）的测定
导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导 热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品 内部的温差使热量从高温向低温处传导， 样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影
响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态， 则待测样品
内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中， 最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的， 如呈周期性的变化， 变化的周期和幅度
亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。
本实验应用稳态法测量不良导体 （橡皮样品）的导热系数，学习用物体散热速率求传导速 率的实验方法。
1898年C. H . Le e s •首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法， 实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触， 下端面与一均匀散
热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多， 可以认为热量只沿着上下方向垂直
传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计， 即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方
向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。
设稳态时，样品的上下平面温度分别为 弓匕，根据傅立叶传导方程，在 「讥时间内通过
Q 円-二2
S
样品的热量 Q满足下式： { hB （1） 式中’为样品的导热系数，hB
为样品的厚度，S为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为 dB，则
在支架上先放上圆铜盘 P,在P的上面放上待测样品 B，再把带发热器的圆铜盘 A放
半径为Rb，则由（1）式得:
hB