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1、关于不良导体的导热系数关于不良导体的导热系数现在学习的是第1页，共20页不良导体导热系数的测定不良导体导热系数的测定 【实验目的实验目的】 【实验仪器实验仪器】 【实验原理实验原理】 【实验步骤及内容实验步骤及内容】 【数据处理数据处理】 【注意事项注意事项】 【思考题思考题】现在学习的是第2页，共20页【实验目的实验目的】 1、掌握不良导体导热系数的测定方法、掌握不良导体导热系数的测定方法稳态平衡法。稳态平衡法。 2、测定不良导体（橡皮板）的导热系数。、测定不良导体（橡皮板）的导热系数。 3、学习用热电偶进行温度测量。、学习用热电偶进行温度测量。 重点难点：重点难点： 1稳态法的理解；稳态法
2、的理解； 2导热系数测定仪的正确使用。导热系数测定仪的正确使用。现在学习的是第3页，共20页【实验仪器实验仪器】 不良导体导热系数测定仪不良导体导热系数测定仪 温度计（温度计（0100，精确到，精确到0.1） 铜铜-康铜热电偶康铜热电偶 天平、砝码天平、砝码 秒表秒表现在学习的是第4页，共20页不良导体导热系数测定仪数字电压表铜-康铜热电偶现在学习的是第5页，共20页图3热电偶现在学习的是第6页，共20页【实验原理实验原理】 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为个垂直与热传导方向、彼此间相距为L、温、温度分别为度分别为T1
3、、T2的平行平面的平行平面(设设T1T2)，若平，若平面面积均为面面积均为S，在，在 t时间内通过面积时间内通过面积S的热的热量量 Q满足下述表达式：满足下述表达式： （1） 式中式中 为热流量，为热流量， 即为该物的热导率即为该物的热导率（又称作导热系数），（又称作导热系数）， 在数值上等于相距在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差单位长度的两平面的温度相差1个单位时，个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位单位时间内通过单位面积的热量，其单位是是 。 现在学习的是第7页，共20页 知道单位时间内通过待测样品知道单位时间内通过待测样品B任一任一圆截面的热流圆截面的热流 （2） T1
4、、T2 为为B盘上、下表面的温度，盘上、下表面的温度，RB为样品的半径，为样品的半径，h3为样品的厚度，为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，当热传导达到稳定状态时，T1和和T2的值的值不变，于是通过不变，于是通过B盘上表面的热流量盘上表面的热流量与由铜盘与由铜盘P向周围环境散热的速率相向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘等，因此，可通过铜盘P在稳定温度在稳定温度T2时的散热速率来求出热流量时的散热速率来求出热流量 。 tQ现在学习的是第8页，共20页实验中，在读得稳定时的实验中，在读得稳定时的T1和和T2后，后，即可将即可将B盘移去，而使盘盘移去，而使盘A的底面与铜的底面与铜盘盘P直接
5、接触。当盘直接接触。当盘P的温度上升到高的温度上升到高于稳定时的于稳定时的T值若干摄氏度后，再将值若干摄氏度后，再将圆盘圆盘A移开，让铜盘移开，让铜盘P自然冷却。观察自然冷却。观察其温度其温度T随时间随时间t变化情况，然后由变化情况，然后由此求出铜盘在此求出铜盘在T2的冷却速率的冷却速率 （m为紫铜盘为紫铜盘P的质量，的质量， C为铜材的比为铜材的比热容），就是紫铜盘热容），就是紫铜盘P在温度为在温度为T2时时的散热速率。的散热速率。 现在学习的是第9页，共20页 但要注意，这样求出但要注意，这样求出 是紫铜盘的全部表是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积面暴露于空气中的冷却速
6、率，其散热表面积为为 （其中（其中RP与与hP分别为紫铜盘分别为紫铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，稳态传热时，P盘的上表面（面积为盘的上表面（面积为 ）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正：率的表达式应作如下修正： （3） 将式（将式（3）代入式（）代入式（2），得：），得： （4）现在学习的是第10页，共20页【实验步骤及内容实验步骤及内容】 在测量导热系数前应先对散热盘在测量导热系数前应先对散热
7、盘P和等测样和等测样品的直径、厚度进行测量。品的直径、厚度进行测量。 1用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测各测5次。次。 2用游标卡尺测量散热盘用游标卡尺测量散热盘P的直径和厚度，的直径和厚度，测测5次，按平均值计算次，按平均值计算P盘的质量。也可直接盘的质量。也可直接用天平称出用天平称出P盘的质量。盘的质量。现在学习的是第11页，共20页 一、不良导体导热系数的测量一、不良导体导热系数的测量 1实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放在散热盘实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放在散热盘P上面，然后发热盘上面，然后发热盘A放在样品盘放在样品盘B上方，并
8、用固定螺母上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧密接触。面与发热盘和散热盘紧密接触。 2在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端（黑色）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘A和散热盘和散热盘P侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘A和散和散热盘热盘P的热电偶接线连接到仪器面板的传感器的热电偶接线连接到仪器面板的传感器I、II上。上。现在学习的是第12页
9、，共20页 3接通电源，将加热选择开关由接通电源，将加热选择开关由“断断”打向打向“高高”档，当档，当打向打向“高高”档时，加温速度最快。当传感器档时，加温速度最快。当传感器I的温度读数的温度读数VT1为为4.2mV，可将开关打向，可将开关打向 “低低”档，降低加热电压。档，降低加热电压。 4待传感器待传感器I、II的读数不再上升（约需的读数不再上升（约需40分钟）时，分钟）时，说明已达到稳态，每隔说明已达到稳态，每隔5分钟记录分钟记录VT1和和VT2的值。的值。 5测量散热盘在稳态值测量散热盘在稳态值T2附近的散热速率（附近的散热速率（ ）。移开）。移开铜盘铜盘A，取下橡胶盘，并使铜盘，取下
10、橡胶盘，并使铜盘A的底面与铜盘的底面与铜盘P直接直接接触，当接触，当P盘的温度上升到高于稳定态的盘的温度上升到高于稳定态的VT2值若干度值若干度（0.2mV左右）后，再将铜盘左右）后，再将铜盘A移开，让铜盘移开，让铜盘P自然冷自然冷却，每隔却，每隔30秒（或自定）记录此时的秒（或自定）记录此时的T2值。根据测量值计值。根据测量值计算出散热速度算出散热速度 。tQtQ现在学习的是第13页，共20页 二、金属导热系数的测量二、金属导热系数的测量 1将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发热圆盘与散热圆盘之间。热圆盘与散热圆盘之间。 2当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布当
11、发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，后，T1、T2值为金属样品上下两个面的温度值为金属样品上下两个面的温度此时散热盘此时散热盘P的温度为的温度为T3。因此测量。因此测量P盘的盘的冷却速度为：冷却速度为： 由此得到导热系数为由此得到导热系数为 测测T3值时可在值时可在T1、T2达到稳定时，将插在发达到稳定时，将插在发热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。现在学习的是第14页，共20页【数据表格及数据处理数据表格及数据处理 】实验数据记录（铜的比热实验数据记录（铜的比热c=0.09097c
12、alg-1 C-1，比重，比重8.9g/cm3）散热盘散热盘P：质量：质量m= （g） 半径半径 Rp= (cm)橡胶盘：半径橡胶盘：半径Rb= (cm)现在学习的是第15页，共20页 稳态时稳态时T1、T2的值（转换见附录的值（转换见附录1的分度表）的分度表）T1= T2= 散热速率散热速率现在学习的是第16页，共20页【注意事项注意事项 】 (1)使用前将加热铜板使用前将加热铜板A与散热铜板与散热铜板B擦干净，擦干净，样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以保证接触良好。保证接触良好。 (2)实验过程中，如需触及电热板，应先关闭实验过程中，如需触及电热板
13、，应先关闭电源，以免烫伤。电源，以免烫伤。 (3)实验结束后，应切断电源，妥为放置测量实验结束后，应切断电源，妥为放置测量样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的正确性。正确性。现在学习的是第17页，共20页【思考题思考题】 (1)散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若它不工作时实验能否进行？它不工作时实验能否进行？ (2)本实验对环境条件有些什么要求？室温对本实验对环境条件有些什么要求？室温对实验结果有没有影响？实验结果有没有影响？ (3)试定量估计用温差电动势代替温度所带来试定量估计用温差电动势代替温度所带来的误差。的误差。 (4)分析本实验的主要误差分析本实验的主要误差现在学习的是第18页，共20页现在学习的是第19页，共20页8/18/2022感谢大家观看现在学习的是第20页，共20页