导热系数的测定评分标准最全word资料.docx

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导热系数的测定评分标准最全word资料

“导热系数的测定”实验报告评分标准

第一部分：

预习报告（20分）

一、实验目的

1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。

2.了解物体散热速率和传热速率的关系。

3.理解温差热电偶的特性。

二、实验仪器

发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品，数字电压表，停表。

三、实验原理

1．热传导定律：

；

2．导热系数概念：

等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开-1（W·m-1·K-1），导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；

3．稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法；

4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数：

5．温差热电偶的工作原理

四、实验内容和步骤

1、橡胶盘，黄铜盘直径，高度，黄铜盘质量m，数据由实验室提供。

2、稳态法测传热板，散热板的温度，；

3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率，计算。

第二部分：

数据采集与实验操作（40分）

有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）；

有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题,数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）；

动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有违规操作（0-20分）。

操作要点：

1．导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）；

2．构建稳态环境，保持在3.50mV±0.03mV范围内，测量；

3．测量黄铜盘的冷却速率。

保持稳态时散热板的环境：

a.电风扇一直工作。

b.附近的冷却速率。

第三部分：

数据记录和数据处理（30分）

数据处理要求：

1．原始数据必需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；

2．采用逐差法求黄铜盘在温度为时的冷却速率，Δt=120S

4．计算橡胶板的导热系数λ，与标准值比较，并给出λ测量结果；

5．给出实验结论。

测量结果参考值：

1．DB,hB,DC,hC测量参考值：

橡胶板直径=131.77mm橡胶板厚度=8.25mm

黄铜盘直径=130.02mm黄铜盘厚度=7.66mm

黄铜盘质量m=896.2g黄铜比热C=3.77×102J/kg.k

2．稳态法测,

=3.50mv=1.82mv

3．采取逐差法求黄铜盘冷却速率.Δt=120S

T/s

0

30

60

90

120

150

180

210

.

2.08

2.00

1.93

1.85

1.79

1.72

1.66

1.61

.

4．橡胶板导热系数参考值.

5．与标准值的比较

第四部分：

思考题（10分）

1、导热系数的物理意义是什么？

导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦•米-1•开-1（W•m-1•K-1）。

2、实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？

稳态法（具体描述略）

3、测要满足哪些条件？

在实验中又如何保证？

1）测，系统要处于稳定态，即这两个温度在十分钟内保持不变，并且>，（人为控制在）；

2）测量散热板在附近的冷却速率。

4、试述稳态法测不良导体导热系数的基本原理。

通过当达到稳态时待测样品的传热速率和散热盘向侧面和下面的散热速率相同的原理推导得出。

5、讨论本实验误差因素，并说明测量导热系数可能偏小的原因。

A、样品表面老化，影响传热；

B、加热板，样品，散热板之间有缝隙，影响传热。

C、热电偶热端与发热盘和散热盘接触不良，应粘些硅油插入小孔底部，等等

6、测冷却速率时，为什么要在稳态温度附近选值。

？

A、当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度，环境温度都有关。

B、在实验中，当系统处于稳态时通过待测样品的传热与散热盘向侧面和下面的散热率相同，所以测冷却速率要在稳态温度附近。

7、本实验的热电偶测温度为什么不用定标就能代入公式计算？

能否不用数字电压表而用其它电表仪器来测热电偶电压值，代入公式求导热系数而不影响结果？

举例说明。

在所测温度范围内，直流数字电压表测得的温差电动势与待测温度成线性关系，即那么，所以不用定标就可以代入公式。

可以采用与电阻串联的电流表（灵敏电流计）

因为

导热系数测定仪

说

明

书

一、概述

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。

材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常常需要由实验具体测定。

测量导热系数的方法一般分为两类:

一类是稳态法;一类是动态法。

在稳态法中,先利用热源在待测样品内部形成一个稳定的温度分布,然后进行测量。

在动态法中,待测样品温度分布是随时间变化的。

本实验仪是用稳态法测不良导体导热系数的实验仪器,加热盘原手工操作改为

散热盘测温传单片机自适应控制测温传感器,读数显示为摄氏度,精度是0.1C

。

该仪器结构牢固、测控方便,已广感器由另一单片机控制,读数精度也为0.1C

泛应用于大专院校普通物理热学实验。

二、用途

（1测量不良导体的导热系数,本仪器附有橡皮样品供教学测试用。

（2学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法。

（3学习温度传感器的应用方法。

三、仪器组成与技术指标

1.仪器组成（如图1所示

（1热源:

电热管、加热铜板;

（2样品架:

样品支架、样品板;

（3测温部分:

单片电脑测温及控制仪。

（4橡皮样品、导热硅脂（配件

2.技术指标

-1-

A.温控仪与测温仪

（1温度计显示工作温度:

0℃-100℃

C

（2恒温控制温度:

室温-80o

图1FD-TC-B导热系数测定仪装臵图

（3控制恒温显示分辨率:

0.1℃

B.温度传感器DS18B20的结构与技术特性（控温及测量用:

（1温度测量范围:

-55℃—+125℃

（2测温分辨率:

0.0625℃

（3引脚排列（如图2所示:

图2

（4封装形式:

TO-92

详细应用软硬件请参阅相关资料

C.不良导体导热系数测量

不确定度:

%

10

-2-

-3-

四、安装步骤

（1取下固定螺丝,将样品放在加热盘与散热盘中间,然后固定;调节底部的三个

微调螺丝,使样品与加热盘、散热盘接触良好,不宜过紧或过松;

（2插好加热板的电源插头;再将2根连接线的一端与机壳相连,另一端的传感器

分别插在加热盘和散热盘小孔中（注意:

要一一对应,不可互换;

（3开启电源后,左边表头显示从FDHC→当时温度→b==〃=其含义是告知用户

请设定控制温度。

右边表头显示散热盘的测量温度。

五、实验方法

一般设定75-80C较为适宜。

根据室温选择后,再按确定键,显示变为AXX.X之值,即表示加热盘此刻的温度值,加热指示灯闪亮,打开电扇开关,仪器开始加热。

（2加热盘的温度上升到设定温度值时,开始记录散热盘的温度,可以每隔一分钟

记录一次,待在10分钟内加热盘和散热盘的温度都基本保持不变,可以认为已经达到稳定状态了。

（3按复位键停止加热,取走样品,调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好,再

设定温度到80C加快加热C盘的温度上升（按升温键和确定键使散热盘在原温度上升20C左右即可以了。

（4移去加热盘,让散热盘在风扇作用下冷却,每隔10秒（或者稍长时间,如20

秒或者30秒记录该盘的温度。

作散热曲线,计算散热盘的冷却速率。

当传热达到稳定状态时,样品上下表面的温度1θ和2θ不变,这时可以认为加热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境的散热量相等。

因此可以通过散热盘P在稳定温度2θ时的散热速率来求出热流量t

Q∆∆。

-4-在达到稳态的过程中,P盘的上表面并未暴露在空气中,而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比,为此,稳态时铜盘P的散热速率表达式应作面积修正:

22（

2（222PPPPPphRRhRRtmctQππππθθθ++∆∆=∆∆=（7

其中PR为散热盘P的半径,Ph为其厚度。

由（3式和（7式可得:

22（

2（2222

12PPPPPpBBhRRhRRtmcRhππππθπθθλθθ++∆∆=-=（8

所以样品的导热系数λ为:

2211（22（2（2

BBPPPpRhhRhRtmcπθθθλθθ-++∆∆==（9六、注意事项

（1该测定仪用单片电脑控制,最高控制温度为80C,读数误差为0.1C。

电加

热时加热指示灯闪亮,随着与设定值的接近,闪亮变慢,超过设定温度1C即自动关加热电源,低于设定温度自动开启。

（2加热盘和散热盘侧面两个小孔安装数字式温度传感器,不可插错。

近电源开关

的接插件为加热传感器,应插入加热盘上,另一个传感器插在散热盘上的小孔,特别注意插小孔之前涂上少许导热硅脂或者硅油,使其接触良好。

（3使用前将加热盘与散热盘及样品的表面擦干净,可以涂上少量硅油或者导热硅

脂,以保证接触良好。

在固定安装加热盘、散热盘和样品时三个调节螺丝不宜过紧过松,用力要均匀（手感一致。

（4在实验过程中,需移开加热盘时,请先关闭加热电源,移开热圆筒时,手应握

固定轴转动,以免烫伤手;实验结束后,切断总电源,保管好测量样品,不要使样品两端面划伤,以至影响实验的精度。

-5-

稳态法测量不良导体的导热系数

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。

材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。

测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。

在稳态法中,先利用热源对样品加热,样品内部的温差使热量从高温向低温处传导,样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动;当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态,则待测样品内部可能形成稳定的温度分布,根据这一温度分布就可以计算出导热系数。

而在动态法中,最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的,如呈周期性的变化,变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响,与导热系数的大小有关。

本实验应用稳态法测量不良导体（橡皮样品的导热系数,学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。

实验原理

ShtQB

21θθλ-=∆∆（1式中λ为样品的导热系数,Bh为样品的厚度,S为样品的平面面积,实验中样品为

-6-

圆盘状,设圆盘样品的直径为Bd,则由（1式得:

2214BB

dhtQπθθλ-=∆∆（2实验装臵如图1所示,固定于底座的三个支架上,支撑着一个铜散热盘P,散热盘P可以借助底座内的风扇,达到稳定有效的散热。

散热盘上安放面积相同的圆盘样品B,样品B上放臵一个圆盘状加热盘C,其面积也与样品B的面积相同,加热盘C是由单片机控制的自适应电加热,可以设定加热盘的温度。

当传热达到稳定状态时,样品上下表面的温度1θ和2θ不变,这时可以认为加热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热量相等。

因此可以通过散热盘P在稳定温度2θ时的散热速率来求出热流量t

Q∆∆。

实验时,当测得稳态时的样品上下表面温度1θ和2θ后,将样品B抽去,让加热盘C与散热盘P接触,当散热盘的温度上升到高于稳态时的2θ值C20或者C20以