29 1、学习动态平板法测量不良导体导热系数的方法。 2、掌握在科学工作室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法。 3、学习根据动态平衡的原理测定热流速率的方法。 导热系数测定仪 杜瓦瓶 热电偶 游标卡尺 500 型科学工作室接口 直流电压放大器 计算机及科学工作室接口 动态平板法测定导热系数的原理根据是法国物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热 方程式。如图 29—1, 在某一时刻,热量自温度为的导热样品平板向温度为\uf071 的低温盘传导,在 t \uf044 秒内,从高温面传到低温面的热量Q h 图 29—1 式中t热传导性能的物理量之一,其数值相当于相距单位长度的二个平行平面,当温度相差1\uf071 的高温盘通过厚度为h 、面积为 A2\uf044,满足下述表达式: AtQ21\uf071\uf071\uf06c\uf02d\uf0d7\uf0d7\uf03d\uf044\uf044 (1) Q\uf044\uf044 为热流速率,\uf06c为该物质的导热系数,亦称热导率。导热系数是表示物质 一个单位时,在单位时间内,垂直通过单位面积所流过的热量。通常把导热系数小的物体为不良导体,例如,石棉板 0.12 ,橡胶 0.22,松本 0.15~0.35 ;导热系数大的为良导体,约为不良导体的10每米开尔文,单位符号为)动态平板法图 29—1 所示, 这样的一个热传导系统, 在某一时刻,对于温度为质量为 m、比热为给低温物体输入热量,同时低温物体向四周散热。根据能量守恒定律有 ~m10W32倍,例如铜为100 . 42\uf0b4。导热系数的 SI 单位是瓦特/(k\uf0d7。 2\uf071 、的速率pc 的低温盘来说,当高温物体通过待测量的样品材料以tQ\uf044\uf044 散热dtdcmdtdcmtQpppp'22\uf071\uf071\uf02b\uf03d\uf044\uf044 (2) 式中dtd2\uf071为低温物体温度为2\uf071 时的温度变化率,散热‘2dtd\uf071为低温物体温度为2\uf071 时向四周散热的温度变化率。根据(1) 、 (2)式有 (根据(3)式只要分别测量出样品的尺寸h 、A以及低温物体的质量 m 和比热并确定某一时刻的高温物体温度1d和对应的向四周散热的温度变化率)(/)2122\uf071\uf071\uf071dt\uf071dt\uf06c\uf02d\uf02b\uf03dAhdcmdcmpppp散热’ (3) pc ,\uf071 和低温物体温度2\uf071 以及温度为d2\uf071 时低温物体的温就可以确定材料的导热系度变化率dt2\uf071散热‘2dt\uf071数\uf06c 。对于直径为d 圆形样品, (3)式可整理为: ( 实验装置如图 29—2 所示, 在支架 D 上先放上圆形散热铜盘 P、 待测出样品 B (圆形盘不良导体)和与电热器连成一体厚底紫铜圆盘 A。在 A 的上方用电热器 L 加热,散热盘下方用电风扇吹风散热,使样品上、下表面温度分别为\uf0711、\uf0712并分别用安插在A、P 侧面深孔中的两条热电偶 E 来测量。利用科学工作室数据采集系统可以实现温度特性的实时采集,并确定各个时刻低温散热盘的温度变化率和对应的向四周散热的温)(/ )4212\uf07122\uf071\uf070\uf071dt\uf071dt\uf06c\uf02d\uf02b\uf03dddcmdcmhpppp散热’ (4) 度变化率。实验接线如图 29—3 所示, 图 29—2 导热系数测定仪 热电偶的输出经两路直流电压放大器放大后接入 500 型科学工作室接口,利用科学工作室软件及计算机采集加热过程中系统的温度变化特性以及切断热源后散热盘的散热 图 29-3 应用计算机测量温度线路连接示意图 曲线,如图 29—4 所示。 \uf0712 AB时 间 ( 秒 )02004006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400020406080100120140数据#2温度 (℃)0510152025303540455055 60数据#2