1、實驗七實驗七 導熱系數的測定實驗導熱系數的測定實驗 本實驗是用穩態法測不良導體、金屬、空氣等多種材料的導熱系數。由于采用電熱管加熱，熱電偶測溫，設計先進，使用方便，結構安全、性能可靠?！?實實 驗驗 目目 的的 】 測定金屬、橡皮、空氣的導熱系數【 實實 驗驗 原原 理理 】 式中定義為該物質的導熱系數，亦稱熱導率。由此可知，導熱系數是表示物質熱傳導性能的物理量，其數值等于二相距單位長度的平行平面上，當溫度相差一個單位時，在單位時間內，垂直通過單位面積所流過的熱量。 測定導熱系數的原理是法國數學、物理學家約瑟夫.傅立葉給出的導熱方程式。該方程式指出，在物理內部，垂直于導熱方向上，二個相距為h，

2、面積為A，溫度分別為1 、2的平行平面，在t秒內，從一個平面傳到另一個平面的熱量Q，滿足下述表達式：Qt 12h=（1）導熱系數的SI單位的瓦特每米開爾文單位符號為 ：W/(m0C)導熱系數的量綱為： Q hA tL MTLLTLMT22231導熱系數過去常用的非SI制單位是國際蒸汽表卡每秒厘米開爾文）：cal/（Scm0C)，它與SI單位的換算是：1cal/(ScmK)=418.68w/(mK) 材料的結構變化與雜質多少對導熱系數都有明顯的影響。同時，導熱系數一般隨溫度而變化，所以實驗時對材料成份，溫度等都要一并記錄。 【 實實 驗驗 儀儀 器器 】 1、熱源：電熱管、加熱銅板。2、樣品架：

3、樣品支架、樣品板。3、測溫部分：銅康銅熱電偶、數字式毫伏表。儀儀 器器 附附 件必備附件有：件必備附件有： 真空保溫杯真空保溫杯 一只；一只； 硬鋁樣品硬鋁樣品 一塊附絕緣圓盤一塊，供散熱一塊附絕緣圓盤一塊，供散熱時覆蓋用）時覆蓋用）橡橡 皮皮 樣品樣品 一塊；一塊； 熱電偶銅熱電偶銅- -康銅）康銅） 二根二根 數字電壓表數字電壓表 一臺一臺 塞尺塞尺( (測片測片) ) 一把一把 本實驗裝置如圖1所示，固定于底上的三個測微螺旋頭支撐著一銅散熱盤P，在散熱盤P上，安放一待測的圓盤樣品B，樣品B上再安放一圓筒發熱體，圓筒發熱體由電熱板提供熱源，實驗時一方面發熱體底盤A直接將熱量通過樣品上平面傳

4、入樣品，另一方面散熱盤P籍電扇有效穩定地散熱 ，使傳入樣品的熱量不斷往樣品的下平面散出，當傳入的熱量等于散出的熱量時樣品處于穩定導熱狀態，這時發熱盤A與散熱盤P的溫度為一定的數值。 當待測樣品為空氣層時，可利用測片調節三螺旋頭使散熱盤與熱盤相距一定的距離 h ，此即待測定空氣層的厚度。3.000 mv H A B C G E D F P 圖1：穩態法測定導熱系數實驗裝置圖A-A-帶電熱板的發熱盤帶電熱板的發熱盤 B-B-樣品樣品 C-C-螺旋頭螺旋頭D-D-樣品支架樣品支架 E-E-風扇風扇 F-F-熱電偶熱電偶 G-G-真空保溫杯真空保溫杯 H-H-數字電壓表數字電壓表 P-P-散熱盤散熱盤

5、【 實實 驗驗 儀儀 器器 】 【 實實 驗驗 內內 容容 】 1、取下固定螺絲，將樣品放在加熱盤與散熱盤中間，然后固定：調理 底部的三個微調螺母，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好；2、將電熱偶的兩插頭插在表盤的測2上，把冷端放在裝有冰水混合物 的杜瓦瓶內的細玻璃管中，熱端插在散熱金的小插孔上：將另一熱 電偶插在表盤的測1內，冷端也放入杜瓦瓶內的另一細管中；熱端 插入加熱盤上的小插孔中；3、插好加熱板的電源插頭；再將駝線的一端與數字電壓表相連，另一 端插在表盤的中間位置；4、最后，分別接好導熱系數測定儀與數字電壓表的電源。5、調節數字電壓表的調零旋鈕，再將加熱開關撥至220V檔，開始加熱；6、待

6、穩定后，可以將切換開關分別撥至測1和測2端，記錄此刻樣品上、 下表面的溫度；（每隔3分鐘讀樣品上下表面的溫度，若在10分鐘 內樣品上下表面的溫度示數都不變?？梢哉J為己經達到穩定狀態。7、移去樣品，使加熱盤與散熱盤較好的接觸，再將加熱開關撥至 220V 檔。加熱散熱盤。【 實實 驗驗 內內 容容 】8、移開加熱板，在散熱盤上放置膠木板，使散熱盤自然冷卻；穩定狀 態時，通過樣品上表面的熱流量與由散熱盤向周圍環境散熱的速率 相等，當散熱盤冷卻至穩態時的溫度。記錄此時的散熱速率以求出 熱流量。 根據上述裝置，由傅立葉導熱方程式可知，通過待測樣品B盤的熱流量，Q/t為：QtRh 212（2）式中h為樣品

7、厚度，R為圓盤樣品的半徑，為樣品熱導率、1 、2分別為穩態時樣品上下平面的溫度。實驗時，當傳熱達到穩態時，1 、2的值將穩定不變，這時可以認為發熱盤A通過圓盤樣品上平面傳入的熱量與由散熱盤P向周圍環境散熱的速率相等。因此可通過散熱盤P在穩定溫度2時的散熱速率求出熱流量Q/t，方法如下，當讀得穩態時的1 、2后，將樣品B盤抽去，讓發熱盤A的底面與散熱盤P直接接觸，使盤P的溫度上升到比2高出1mV左右時，再將發熱盤A移開，放上圓盤樣品或絕緣圓盤），讓散熱盤P冷卻電扇仍處于工作狀態，每隔30秒鐘讀一下散熱盤的溫度示值，選取鄰近2 的【 實實 驗驗 內內 容容 】 tQt|2的溫度數據，求出銅盤P在2

8、的冷卻速率 ，那么 mc 就是散熱在2時的散熱速率，代入式2得： t|2 mcthR|21221（3）(3)式中, m 為銅盤的質量，C為銅的比熱容。 【 注注 意意 事事 項項 】 、1、在做穩態法時，要使溫度穩定約要1個小時左右，為縮短時間，可先 將熱板電源電壓打在220V快速加熱檔，幾分鐘后1 4.00mV即可 將開關撥至110V慢速加熱檔待1降至3.50mV左右時通過手動調節電 熱板電壓220V檔、110V檔及0V檔，使1讀數在0.03mV范圍內，同時 每隔2分鐘記下樣品上下圓盤A和P的溫度1 和2的數值，待2的 數值在10分鐘內不變即可認為已達到穩定狀態，記下此時的1 和 2值。2、測金屬的導熱系數時1 , 2值為穩態時金屬樣品上下兩個面的溫 度，此時散熱盤P的溫度為3 值。因此測量P盤的冷卻速率應為: t|3 mcthR|31221測3值時可在1、2達到穩定時，將上面測1 或2的熱電偶移下來進行測量。3、圓筒發熱體A盤側面和散熱盤P的側面，都有供安插熱電偶的小孔，安 放發熱盤時此二小孔都應與真空保溫杯在同一側，以免路線錯亂。熱 電偶插入小孔時，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保證接觸良好。 熱電偶冷端插入浸于冰水中的細玻璃管內，玻璃管內也要灌入適當的 硅油。 【 注注 意意 事事 項項 】 4、樣品圓盤B和散熱盤P的