测不良导体的导热系数

作者：宋泉积 单位：辽宁科技大学卓采矿15－1

摘要：测定不良导体的导热系数需要测出传热速率,利用稳态法可将传热速率的测量转换为 测量散热铝盘的冷却速率,指出了稳态法测定导热系数的方案.利用Matlab分析温度随时间变化的函数,并用该函数时时间的一阶导数求出冷却速率.得到温度、时间、冷却速率各量之间的关系图象,给出样品材料导热系数的实验结果.

Measurement of thermal conductivity of poor conductor to measure the heat transfer rate, cooling rate by using the steady state method can be converted for measuring heat transfer rate for measuring heat dissipation aluminum plate, pointed out that the determination of thermal conductivity of steady state method. By using the Matlab function analysis of temperature change with time, the cooling rate is calculated and a derivative of the function of time the relationship between image. Temperature, time, cooling rate of the experimental results, the thermal conductivity of the samples are given. 关键词：不良导体 导热系数 稳态法 一、 引 言

热传导是热量传递过程的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量．设在物体内部垂直于导热方向取 2个相距为,面积为 s的乎行平面，若这 2个平行平面的温度分别为 ．则在 时问内沿平面 s的垂直方向传递的热量 8Q满足下述表达式：

实验选用西安教学仪器厂生产的不良导体导热系数测定仪，实验装置如图 1所示．固定于底座上的三个测微螺旋头支撑着一铜质散热盘 c，在散热盘 c上安放待测样品日，样品 B上面再放置一个圆筒状发热体 A，圆筒发热体由红外

线灯泡作为热源实验时，发热热量时，样品处于稳定的导热状态．此时发热盘 A和散热盘 C的温度为一稳定值，公式(1)中，可以方便地测出，但传递热量 № 难以直接测量．而且它与材料、表面情况、周围环境的温度有关．因此、有必要对传递热量 8Q的测量作深入的分析研究 ，以便制定出较佳的实验方案 二 实验原理：

（1）

稳态平板法

△Q╱△t＝λA（θ1－θ2）╱h

△Q╱△t为热流量，λ为该物质的导热系数，也称热导率，h-样品厚度，

A-样品面积。所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热的速率时，系统便处于一个稳定的热平衡状态。

二，实验仪器：A- 加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度； θ1-加热铜盘的温度，θ2-散热铜盘的温度。

三 实验步骤：

1、测量样品盘的厚度h和直径d，并记录散热铜盘的质量。

2、调节支架上的三个螺丝使它往下降一部份，将散热铜盘放在它的上面，再往上放样品盘，然后将加热器放在样品盘上面，使三个盘紧密接触，然后把加热器固定，再用三个螺丝往上拧，使整个系统固定不动。

3、将热电偶的插头分别插入两对孔中，并打开毫伏计（要调零）判断热端冷端，将热端分别插入加热铜盘和散热铜盘，冷端插入杜瓦瓶中。

4、用220v电压加热15分钟，再用110v加热同时打开风扇，大约半小时后每隔壁5分钟观察θ1、θ2的值各一次，直到观察到连续两组的数值不变即可认为系统达到稳态，

记录这组数据。

5、重新用220v电压加热同时关掉风扇，观察θ2的变化，当达到

θ2+0.2mv时停止加热并移开加热器同时打开风扇。观察θ2的变化当温度回落到θ2+0.2mv时开始每隔壁30秒读一次数据直到θ2-0.2mv，关掉风扇即完成此次操作。用作图法处理数据。

四 实验数据处理：

表一 测量参数记录表 M铜（g） 913.6 C铜（T/kg*℃） 380 hb/hc（cm） 0.780 DB/DC（cm） 12.962

表二 散热平衡温度记录表 T1 2.83

表三 T2散热速率记录表 T/s T/s 0 180 30 2.21 210 1.82 60 2.13 240 1,77 90 2.06 270 1.72 120 2.00 300 1.68 150 1.94 (T)2V/mv 2.28 (T2)V/mv 1.88 T2 1.88

θ1＝2.83 θ2＝1.88 λ＝0.172

五 实验误差分析：

通实验条件下对于热量的测定是很不准确的，这是一个很难避免的系统误差。根据实验过程和公式，知道实验中由测量带来的误差会体现在对物体几何尺寸的测量、温度（电压）的测定（此时把材料的质量、比热容作为常量）、时间的测量上。根据最后的误差传递公式，

可以知道根号下各项中，数值最大的是关于V1、V2的一项，也就是对平衡温度的测量

六 实验总结：

导热系数是表征物质导热能力的物理量,是很多场合都需要测定的热物性参数之一。导热系数是物质导热性能的一个重要参数，通过确定导热系数，可以区分出那些物质可以作为导热材料，哪些适合作为保温材料，这在化学工业上应用很广泛的。

七 参考文献：

【1】 《计量与测试技术》 作者：孙庆龙 王玉梅

【2】 《物理实验》 作者：金忆凡 吉唯峰

乔卫平 黄学东