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热学实验3 不良导体导热系数测定

时间：2022-11-11 02:51:14 下载该word文档

实验三不良导体导热系数测定导热系数(热导率是反映材料热性能的物理量，导热是热交换（导热、对流和辐射）三种基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题，要认识导热的本质和特征，就需要了解材料的导热机理。而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。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测定，因此，在加热器、散热器、管道热传递设计等工程实践中具有实际意义。1882年法国物理学家约瑟夫·付里叶(Joseph·Fourier奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。【实验目的】1．了解热传导的基本规律及散热速率的概念；2．学习稳态平板法测定不良导体导热系数；3．掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法。【实验仪器和用具】智能导热系数测定仪，调压器，热电偶，保温杯，电加热盘，游标卡尺，待测样品。【实验原理】当温度不同的两个物体相接触，或物体内部温度梯度存在时，物体间或物体内部就会发生热传导现象。描述热传导规律的基本方程——付里叶方程，即当热流在x方向流动时，可用一维方程描述，其形式为：其中，dQdt(ddxds（2-1）dQdt为在dt时间内，热流穿过面元ds的传热速率，ddx是沿面元垂直方向的温度梯度，“—”表示热量传递方向是从高温传向低温方向。为物体的导热系数，其物理含义是：在单位时间内，每单位长度上温度降低1K时，单位面积上通过的热量。单位用W/（m·K）表示。如图1所示为一块厚度为h、面积为S不良导体样品为一平板，当维持其上下表面为恒定的温度1、2（1＞2），且样品板很薄时，沿h方向上的两点很靠近，若面S上各点处的热传导方向不变，且侧面近似绝热，则在很短的时间t内穿过面积S的热量Q可近似表示为：Q21SB（2-2）thB
式中，Qt为样品在面积S垂直方向上的传热速率。实验测试装置如图2所示。A为电加热盘,热量通过A的底部经待测样品B向下传递，C为接收经样品传递过来热量的铝盘，A、C上开有小孔以备插入热电偶测量样品盘上下表面相对冷端