b2 用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱 ok

1、補(bǔ)2用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱熱傳導(dǎo)是熱傳遞三種基本方式之一。導(dǎo)熱系數(shù)定義為單位溫度梯度下每單位時(shí)間內(nèi)由單位面積傳遞的熱量，單位為W(m?K)。它表征物體導(dǎo)熱能力的大小。比熱是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量。單位質(zhì)量的某種物質(zhì)，在溫度升高（或降低）1度時(shí)所吸收（或放出）的熱量，叫做這種物質(zhì)的比熱單位為J（kgK）。測(cè)量導(dǎo)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(shí)際操作中要實(shí)現(xiàn)這樣的條件比較困難，因而會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的重

2、復(fù)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(cè)量的這些弊端，本實(shí)驗(yàn)使用了一種新的測(cè)量方法——準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法，使用準(zhǔn)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(zhǎng)時(shí)間的加熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)，就可以通過簡(jiǎn)單的計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)和比熱?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)和比熱的原理；2.學(xué)習(xí)熱電偶測(cè)量溫度的原理和使用方法；3.用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1.ZKYBRDR型準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法比熱、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀2.實(shí)驗(yàn)裝置一個(gè)，

3、實(shí)驗(yàn)樣品兩套（橡膠和有機(jī)玻璃，每套四塊），加熱板兩塊，熱電偶兩只，導(dǎo)線若干，保溫杯一個(gè)【實(shí)驗(yàn)原理】1.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量原理考慮如圖B2－１所示的一維無限大導(dǎo)熱模型：一無限大不良導(dǎo)體平板厚度為，初始溫度為，現(xiàn)在R20t平板兩側(cè)同時(shí)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(shí)間而變化。)(?xt?以試樣中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，上述模型的數(shù)學(xué)描述可表達(dá)如下：?????????????????????022)0(0)0()()()(txt

4、xtqxRtxxtaxtc??????式中，為材料的導(dǎo)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(shí)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(jí)數(shù)求和項(xiàng)由于指數(shù)衰減的原因，會(huì)隨加熱時(shí)間的增加而逐漸

5、變小，直至所占份額可以忽略不計(jì)。定量分析表明，當(dāng)以后，上述級(jí)數(shù)求和項(xiàng)可以忽略。這時(shí)式（B2－１）可簡(jiǎn)寫成：5.02?Ra?RRxqcqcqcqc圖B2－1理想的無限大不良導(dǎo)體平板2.熱電偶溫度傳感器熱電偶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)溫范圍為－50～1600C，在溫度測(cè)量中應(yīng)用極為廣泛。由A、B兩種不同的導(dǎo)體兩端相互緊密的連接在一起，組成一個(gè)閉合回路，如圖B2－2（a）所示。當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不等（TT0）時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而形

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

7、偶回路中接入第三導(dǎo)體C，只要引入的第三導(dǎo)體兩端溫度相同，則對(duì)回路的總熱電勢(shì)沒有影響。在實(shí)際測(cè)溫過程中，需要在回路中接入導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表，相當(dāng)于接入第三導(dǎo)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(guān)系。對(duì)于常用的熱電偶，其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系由熱電偶特性分度表給出。測(cè)量時(shí)，若冷端溫度為0℃，由測(cè)得的電壓，通過對(duì)應(yīng)分度表，即可查得所測(cè)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(cè)量

8、儀表中，將有關(guān)參數(shù)輸入計(jì)算程序，則可將測(cè)得的熱電勢(shì)直接轉(zhuǎn)換為溫度顯示。3.ZKYBRDR型準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法比熱、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀簡(jiǎn)介儀器設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中總是要用有限尺寸的試件來代替。但實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)試件的橫向線度大于厚度的六倍以上時(shí)，可以認(rèn)為傳熱方向只在試件的厚度方向進(jìn)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(gè)加熱面上均勻并可精確控制，加熱器本身的熱