固体导热系数的测量
参考文献:
1.贾玉润王公治凌佩玲,《大学物理实验》,复旦大学出版社,171页。
2.耿完桢马晶薛洪福,《大学物理实验》(下册),哈尔滨工业大学出版社,4页。
3.钟读敏,《大学物理实验》,中国科学技术大学出版社,122页。
附表
附表一铜—康铜热电偶分度表(参考端温度为0℃)
分度号:CK
温度
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度
℃
热电动势(mV)
℃
0
0.000
0.039
0.078
0.117
0.156
0.195
0.234
0.273
0.312
0.351
0.391
0
10
0.391
0.430
0.470
0.510
0.549
0.589
0.629
0.669
0.709
0.749
0.789
10
20
0.789
0.830
0.870
0.911
移去B盘,使A、C盘直接接触,使C盘温度升高0.4mV,每隔30秒记一次,作图。
表一样品盘、散热盘参数
/g
J/kg·ºC
913.6
380
7.80
7.80
12.962
12.962
表二散热平衡时温度
2.82
2.24
表三散热曲线数据记录表格
时间t/s
0
30
60
90
120
150
温度mV
2.29
2.24
2.21
关键字:固体导热系数稳态法作图法散热系数
[实验目的]
1.了解如何测定固体导热系数。
2.学会用作图法求散热速率。
3.掌握用稳态法测量固体(橡胶盘)的导热系数的原理。
[实验仪器]
TC-II导热系数测定仪、FD—FP2—II型导热系数电压表、热电偶两副、杜瓦瓶、天平、游标卡尺、标准样品、待测样品。
1.热源:电热管、加热铜板。
固体导热系数的测量
姓名:XXX
学校:XX科技大学 学院:电子与信息工程学院班级:电子08-1班
论文摘要:
导热系数又称热导率是表征物质热传导性质的物理量,对于不同材料的不同性质,可采用不同的测试研究方法。因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分两类:一类是稳态法,另一类是动态法。在稳态法中,先利用热源在待测样品内形成一稳定的温度分布;然后进行测量。本实验我采用的是稳态法测固体的导热系数。
2.15
2.10
2.04
时间t/s
180
210
240
270
300
330
温度mV
1.96
1.89
1.81
1.77
2.15
1.73
[数据处理]
1.将测量值填入自拟表格中,数据如表一、二、三。
2.计算λ和相对误差 。
由附表一,查到2.27mV对应55.4℃,2.20mV对应54℃.
=0.2636
相对误差:
4.324
4.371
4.418
4.465
4.512
4.559
4.607
4.654
4.701
4.749
100
110
4.749
4.796
4.844
4.891
4.939
4.987
5.035
5.083
5.131
5.179
5.227
110
120
5.227
5.275
5.324
5.372
5.420
5.469
5.517
9.339
9.392
9.446
9.499
9.553
9.606
9.659
9.713
9.767
9.830
200
3.176
3.221
3.266
3.312
3.357
70
80
3.357
3.402
3.447
3.493
3.538
3.584
3.630
3.676
3.721
3.767
3.813
80
90
3.813
3.859
3.906
3.952
3.998
4.044
4.091
4.137
4.184
4.231
4.277
90
100
4.277
=–
式中 为导热速率, 为与面积元dS相垂直方向的温度梯度,“—”表示热量由高温区域传向低温区域, 即为导热系数,是一种物性参数,表征的是材料导热性能的优劣,其单位为W/(m·K),对于各项异性材料,各个方向的导热系数是不同的,常要用张量来表示。
如图所示,A、C是传热盘和散热盘,B为样品盘,设样品盘的厚度为 ,上下表面的面积
8.079
8.131
8.183
8.235
170
180
8.235
8.287
8.339
8.391
8.443
8.495
8.548
8.600
8.652
8.705
8.757
180
190
8.757
8.810
8.863
8.915
8.968
9.021
9.074
9.127
9.180
9.233
9.286
190
200
9.286
*100%=
实验中电压读数误差为 ,游标卡尺的测量误差为0.02mm。
[注意事项]
1.手动控制稳态时,要使温度稳定约1个小时左右;为缩短时间,为了提高效率,可先将电源电压开关K拔至高档220V,开始加热,待 =3.5mv即可将开关改用低档110V,开风扇,待上升至4.5mv左右时,关电源。通过手控调节电热板开关K,K的电压220v或110v或0v檔,使 读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值,如此反复,如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变,即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2,测出 、T2温度。(可直接以电动势值代表温度值)
40
50
2.064
2.207
2.250
2.294
2.337
2.380
2.424
2.467
50
60
2.467
2.511
2.555
2.599
2.643
2.687
2.731
2.775
2.819
2.864
2.908
60
70
2.908
2.953
2.997
3.042
3.087
3.131
4.根据稳态法,必须得到稳定的温度分布,这就要等待较长的时间,为了提高效率,可先将电源电压开关K拔至高档220V,开始加热,待 =3.5mv即可将开关改用低档110V,开风扇,待上升至4.5mv左右时,关电源。通过手控调节电热板开关K,K的电压220v或110v或0v檔,使 读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值,如此反复,如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变,即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2,测出 、T2温度。
5.566
5.615
5.663
5.712
120
130
5.712
5.761
5.810
5.859
5.908
5.957
6.007
6.056
6.105
6.155
6.204
130
140
6.204
6.254
6.303
6.353
6.403
6.452
6.502
6.552
6.602
6.652
6.702
140
150
6.702
各为 = ,维持上下表面有稳定的温度 ,这时通过样品的导热速率为
=–
在稳定导热条件下( 值恒定不变)
可以认为:通过待测样品B的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等,则可以通过铜盘C在稳定温度 附近的散热速率 ,求出样品的导热速率 。
在稳定传热时,C散热盘的外表面积πRc2+2πRchc,移去A盘后,C盘的散热外表面积 ,
2.样品架:样品支架、样品板。
3.测温部分:铜一康铜热电偶、杜瓦瓶、FD—FP2—II型导热系数电压表。
但使用中,样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和园筒加热盘之间距离和平整度的。除测量金属样品时不用园筒前固定轴固定外,其它如测橡皮的导热系数时,均将园筒前的固定轴对准样品支架上的园孔插入,并用螺母旋紧。具体步骤是:先旋下螺母,将加热园筒放下,使固定轴穿过圆孔,再将螺母旋上并拧紧,最后固定圆筒后的紧固螺钉,从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
6.753
6.803
6.853
6.903
6.954
7.004
7.055
7.106
7.156
7.207
150
160
7.207
7.258
7.309
7.360
7.411
7.462
7.513
7.564
7.615
7.666
7.718
160
170
7.718
7.769
7.821
7.872
7.924
7.975
8.027
因为物体的散热速率与散热面积成正比,