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导热系数的测量实验报告--第1页
导热系数的测量
导热系数(又称导热率)是反映材料热性能的重要物理量,导热系数大、导热性能好的
材料称为良导体,导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说,金属的导热系
数比非金属的要大,固体的导热系数比液体的要大,气体的导热系数最小。因为材料的导热
系数不仅随温度、压力变化,而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值,
所以在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。
一.实验目的
1.用稳态平板法测量材料的导热系数。
2.利用稳态法测定铝合金棒的导热系数,分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。
二.实验原理
热传导是热量传递过程中的一种方式,导热系数是描述物体导热性能的物理量。
Q (T T )
1 2
S
t h
单位时间内通过某一截面积的热量 dQ/dt 是一个无法直接测定的量,我们设法将这个量转
化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布,必须不断地给高温侧铜板加热,
热量通过样品传到低温侧铜板,低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通
过截面的热流量为:
Q (T T )
2 1 2
R
t B h
B
当加热速率、传热速率与散热速率相等时,系统就达到一个动态平衡,称之为稳态,此时低
温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样,只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下
散热的速率,也就间接测量出了样品内的传热速率。但是,铜板的散热速率也不易测量,还
需要进一步作参量转换,我们知道,铜板的散热速率与冷却速率 (温度变化率)
dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量, C 为铜板的比热容,负号表示热量向低温方向
传递。 由于质量容易直接测量,C 为常量,这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温
侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量:在达到稳态后,移去样品,用加热
铜板直接对下铜板加热,使其温度高于稳态温度 T2 (大约高出10℃左右),再让其在环境
中自然冷却,直到温度低于T2,测出 温度在大于T2到小于T2 区间中随时间的变化关系,
描绘出 T—t 曲线(见图2),曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。
T
应该注意的是,这样得出的 是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率,其散热面积为 2
t
π Rp2+2π Rphp (其中Rp和 hp 分别是下铜板的半径和厚度),然而, 设样品截面半径为
R,在实验中稳态传热时,铜板的上表面(面积为 π Rp2)是被 样品全部(R=Rp)或部分
(RRp)覆盖的,由于物体的散热速率与它们的面积成正比,所以稳态时,铜板散热速率
的表达式应修正为:
导热系数的测量实验报告--第1页
导热系数的测量实验报告--第2页
2
Q T ( R 2 R h )
mC P P
2
t
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