b2 用準穩(wěn)態(tài)法測介質的導熱系數(shù)和比熱 ok

1、補2用準穩(wěn)態(tài)法測介質的導熱系數(shù)和比熱熱傳導是熱傳遞三種基本方式之一。導熱系數(shù)定義為單位溫度梯度下每單位時間內由單位面積傳遞的熱量，單位為W(m?K)。它表征物體導熱能力的大小。比熱是單位質量物質的熱容量。單位質量的某種物質，在溫度升高（或降低）1度時所吸收（或放出）的熱量，叫做這種物質的比熱單位為J（kgK）。測量導熱系數(shù)和比熱通常都用穩(wěn)態(tài)法，使用穩(wěn)態(tài)法要求溫度和熱流量均要穩(wěn)定，但在實際操作中要實現(xiàn)這樣的條件比較困難，因而會導致測量的重

2、復性、穩(wěn)定性、一致性較差，誤差也較大。為了克服穩(wěn)態(tài)法測量的這些弊端，本實驗使用了一種新的測量方法——準穩(wěn)態(tài)法，使用準穩(wěn)態(tài)法只要求溫差恒定和溫升速率恒定，而不必通過長時間的加熱達到穩(wěn)態(tài)，就可以通過簡單的計算得到導熱系數(shù)和比熱。【實驗目的】1.了解準穩(wěn)態(tài)法測量導熱系數(shù)和比熱的原理；2.學習熱電偶測量溫度的原理和使用方法；3.用準穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數(shù)和比熱。【實驗儀器】1.ZKYBRDR型準穩(wěn)態(tài)法比熱、導熱系數(shù)測定儀2.實驗裝置一個，

3、實驗樣品兩套（橡膠和有機玻璃，每套四塊），加熱板兩塊，熱電偶兩只，導線若干，保溫杯一個【實驗原理】1.準穩(wěn)態(tài)法測量原理考慮如圖B2－１所示的一維無限大導熱模型：一無限大不良導體平板厚度為，初始溫度為，現(xiàn)在R20t平板兩側同時施加均勻的指向中心面的熱流密度，cq則平板各處的溫度將隨加熱時間而變化。)(?xt?以試樣中心為坐標原點，上述模型的數(shù)學描述可表達如下：?????????????????????022)0(0)0()()()(txt

4、xtqxRtxxtaxtc??????式中，為材料的導熱系數(shù)，為材料的密度，c為材料的比熱。ca?????可以給出此方程的解為（參見附錄）：（B2－１）)cos)1(2621()(222121220???????RannncexRnnRRxRRaqtxt????????????考察的解析式（B2－１）可以看到，隨加熱時間的增加，樣品各處的溫度將發(fā)生變化，)(?xt而且我們注意到式中的級數(shù)求和項由于指數(shù)衰減的原因，會隨加熱時間的增加而逐漸

5、變小，直至所占份額可以忽略不計。定量分析表明，當以后，上述級數(shù)求和項可以忽略。這時式（B2－１）可簡寫成：5.02?Ra?RRxqcqcqcqc圖B2－1理想的無限大不良導體平板2.熱電偶溫度傳感器熱電偶結構簡單，具有較高的測量準確度，測溫范圍為－50～1600C，在溫度測量中應用極為廣泛。由A、B兩種不同的導體兩端相互緊密的連接在一起，組成一個閉合回路，如圖B2－2（a）所示。當兩接點溫度不等（TT0）時，回路中就會產(chǎn)生電動勢，從而形

6、成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應，回路中產(chǎn)生的電動勢稱為熱電勢。上述兩種不同導體的組合稱為熱電偶，A、B兩種導體稱為熱電極。兩個接點，一個稱為工作端或熱端（T），測量時將它置于被測溫度場中，另一個稱為自由端或冷端（T0），一般要求測量過程中恒定在某一溫度。理論分析和實踐證明熱電偶的如下基本定律：熱電偶的熱電勢僅取決于熱電偶的材料和兩個接點的溫度，而與溫度沿熱電極的分布以及熱電極的尺寸與形狀無關（熱電極的材質要求均勻）。在A、B材料組成的熱電

7、偶回路中接入第三導體C，只要引入的第三導體兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。在實際測溫過程中，需要在回路中接入導線和測量儀表，相當于接入第三導體，常采用圖B2－2（b）或B2－2（c）的接法。熱電偶的輸出電壓與溫度并非線性關系。對于常用的熱電偶，其熱電勢與溫度的關系由熱電偶特性分度表給出。測量時，若冷端溫度為0℃，由測得的電壓，通過對應分度表，即可查得所測的溫度。若冷端溫度不為零度，則通過一定的修正，也可得到溫度值。在智能式測量

8、儀表中，將有關參數(shù)輸入計算程序，則可將測得的熱電勢直接轉換為溫度顯示。3.ZKYBRDR型準穩(wěn)態(tài)法比熱、導熱系數(shù)測定儀簡介儀器設計必須盡可能滿足理論模型。而模型中的無限大平板條件通常是無法滿足的，實驗中總是要用有限尺寸的試件來代替。但實驗表明：當試件的橫向線度大于厚度的六倍以上時，可以認為傳熱方向只在試件的厚度方向進行。為了精確地確定加熱面的熱流密度，cq利用超薄型加熱器作為熱源，其加熱功率在整個加熱面上均勻并可精確控制，加熱器本身的熱