准稳态法测导热系数和比热

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《传热学》实验:平板导热系数测定实验

《传热学》实验:平板导热系数测定实验

《传热学》实验一:准稳态平板导热系数测定实验一、 实验目的1.快速测量绝热材料(不良导体)的导热系数和比热,掌握其测试原理和方法。

2.掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、 实验原理本实验是根据第二类边界条件,无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为δ2,初始温度为0t ,平板两面受恒定的热流密度c q 均匀加热(见图1)。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布()τ,x t 。

导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下:()()22,,xx t a x t ∂∂=∂∂τττ()00,t x t =(),0c t q x δτλ∂+=∂()0,0=∂∂x t τ方程的解为:()()()()2212002132,1cos exp 6n c n n n n q x x t x t F ατδτδμμλδδμδ∞+=⎡⎤-⎛⎫-=-+--⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦∑ (1) 式中:τ——时间;λ——平板的导热系数;α——平板的导温系数;123n n n μβδ==,,,,; 02a F τδ=——傅里叶准则; 0t ——初始温度;c q ——沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。

随着时间τ的延长,0F 数变大,式(1)中级数和项愈小。

当5.00>F 时,级数和项变得很小,可以忽略,式(1)变成:图1()20221,26c q x t x t δαττλδδ⎛⎫-=+- ⎪⎝⎭(2) 由此可见,当5.00>F 后,平板各处温度和时间成线性关系,温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时,平板中心面0=x 处的温度为:()0210,6c q t t δαττλδ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭平板加热面x δ=处为:()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-31,20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为:()()λδττδc q t t t ⋅=-=∆21,0, (3) 如已知c q 和δ,再测出t ∆,就可以由式(3)求出导热系数:tq c ∆=2δλ (4) 实际上,无限大平板是无法实现的,实验中是用有限尺寸的试件。

准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告

准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告

准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告实验目的1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理,并通过快速测量学习掌握该方法;2. 掌握使用温差电偶测量温度的方法。

一. 实验原理1. 热传导物体相邻部分间存在温度差,在各部分之间不发生相对位移的前提下,仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递成为热传导。

如图1所示的两个表面均维持均匀恒温的平板的一维稳态导热问题,对于x 方向的任意厚度的微元层来说,由傅里叶定律,单位时间内通过该层的导热量Q 与该处的温度变化率d t /d x 及平板面积F 成正比。

Q =−λF d tx式中比例系数λ即材料的导热系数(导热率),负号表示热流方向与温度梯度d t /d x 方向相反,定义单位时间内通过单位面积的热流量为热流密度,记为q ,则图1情况下有:q =Q =−λd t x由此可知导热系数的物理意义是:在单位温差梯度影响下物体内产生的热流密度单位为W/(m ∙K)。

材料的导热系数会随温度变化,除铝、水等少数物质外的大部分固体、液体的导热系数会随温度升高而下降,气体的导热系数会随温度的升高而升高。

图12. 一维导热模型本实验采用比较简单的一维无限大平板导热模型进行λ的测量。

如图2,假设有厚度为2R 的无限大平板,原始温度为t 0,从平板的两端面以相同功率的能产生均匀热流的加热器加热,表面热流密度恒为q c ,板内温度分布必以中心截面为对称面,则可以写出x 方向的热传导微分方程,并依据初始条件求出任何瞬时沿x 方向的温度分布函数t(x,τ),τ为时间变量。

3.热传导方程及求解∂t(x,τ)∂τ=a∂2t(x,τ)∂x(0<x<R,τ>0) (式4)初始条件t(x,τ)τ=0=t0(式5)边界条件q c=λ∂t(x,τ)∂x x=R(式6)λ∂t(x,τ)∂x x=0=0(式7)式中a=λ/cρ为热扩散率(或称热扩散系数),单位为m2/s,c为比热容,单位为J/(kg∙K),ρ为密度,单位为kg/m3。

《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热

《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
少数热运动能量大的电子可能逸出表面
自由电子出来进去 动态平衡
一层电子气, 一个电偶层(约10 -10m厚)
电子要逸出金属,必须克服金属表面层内正离子晶体 点阵势井和表面电偶层电场作功,称为逸出功。 10
逸出功与表层电势差的关系为 A=eU*
不同金属的逸出功A不同,逸出 电势U*不同。
2、自由电子数密度不同
“电子气”扩散,金属2中的电子将 多于金属1中的电子。
接触电势差为 U12 (T, n1 ,n2 )
接触面上有一种把正负电荷拉开的非静电力,相当 于一个电源,其电动势
= U12(T, n1 , n2)
11
温差电现象:把两种金属接成闭合回路,若两个接
点A、B处的温度相同,则回路中无电动势;若两 个接点A,B处的温度不同,则回路中有电动势,也 有电流。
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
9
热电偶测温原理
介绍概念:接触电势差 温差电现象 接触电势差:两种不同的金属接触时会出现电势差
产生的原因:逸出功不同,自由电子数密度不同. 1、逸出功 金属表面层内存在着一种阻止电子逸出 表面的作用力 正离子晶体点阵势井
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面(x=0)的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
8
实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热, 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等

准稳态法测不良导体的导热系数和比热

准稳态法测不良导体的导热系数和比热

1实验目的1.了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理,并通过快速测量学习掌握该方法。

2.掌握使用温差电偶测量温度的方法。

2实验数据记录与处理2.1数字万用表的练习使用实验中的交流信号是正弦波,有效值设为1V,频率设为1000Hz。

测量对象测量值量程精度不确定度完整测量结果交流电压有效值0.98058V2V0.2+0.050.00296V(0.98058±0.00296)F 交流信号频率999.96Hz20Hz-2kHz0.01+0.0030.16Hz(999.96±0.16)Hz电阻10.9289kΩ20kΩ0.020+0.0040.0023kΩ(10.9289±0.0023)kΩ电容1.046µF2µF1+0.50.020µF(1.046±0.020)µF二极管正向导通电压0.5826V0-2V0.06+0.0200.0007V(0.5829±0.0007)V表1:数字万用表的练习使用数据记录以电阻测量值为例计算,读数为10.9289kΩ,量程为20kΩ,精度为0.020+0.004,则∆R=0.020%×10.9289+0.004%×20.0000=0.0023kΩ最终得到R=(10.9289±0.0023)kΩ,其他测量值的不确定度计算过程类似。

3测导热系数和比热容3.1实验前的准备实验样品为有机玻璃,长宽L=W=90mm,厚度R=10mm,密度ρ=1196kgm3。

室温t0=19.9◦C。

中心面热电偶电阻为3.296Ω,加热面热电偶电阻为3.124Ω,冷端热电偶电阻为4.136Ω,并联而成的加热薄膜电阻r/2=55.071Ω。

加热前,测得加热面和中心面的温差U1(t2,t1)=4µV<10µV,故不必进行零位修正。

加热前,加热薄膜电压U前=17.9928V,∆U前=0.015%×17.9928+0.004%×20.0000=0.0035V;加热后,加热薄膜电压U后=17.9932V,∆U后=0.015%×17.9932+0.004%×20.0000=0.0035V。

准稳态法测量比热和导热系数

准稳态法测量比热和导热系数

准稳态法测量比热和导热系数
比热和导热系数是材料物理性质中的两个重要参数。

比热是指单位质量物质在温度变
化下吸收或释放的热量,而导热系数是指在温度梯度下单位面积材料所传导的热量。

准稳
态法是一种常用的测量比热和导热系数的方法。

准稳态法的原理是将材料置于热源和冷源之间,使其温度从热源端到冷源端逐渐降低。

在稳态时,材料的温度分布和热流分布达到了平衡状态,此时材料的导热系数和比热可通
过测量温度和热流来计算得到。

具体实验步骤如下:
1.在实验装置的热源端和冷源端分别接上热源和冷却器,并在中间加装被测材料。

2.启动热源和冷却器,使其保持恒定的温度。

3.通过热电偶等温度计测量被测材料的温度分布。

通常可以在材料表面粘贴一定数量
的热电偶,并通过微型电脑采集数据。

4.通过热流计测量热源和冷源之间传导的热流。

热流计是一种基于热电效应的电子仪器,可以测量电导率和温度梯度来计算热流。

5.通过实验数据计算被测材料的比热和导热系数。

根据热传导定律,可以将热流和导
热系数表示为以下关系:Q=λ×A×(T1-T2)/L,其中Q为热流,λ为导热系数,A为横截
面积,T1和T2分别为热源和冷源的温度,L为材料长度。

由于准稳态法测量过程中需要维持恒定的温度和热流,因此实验装置的设计和操作都
需要具备一定的技术水平。

此外,不同材料的比热和导热系数可能有很大的差异,因此在
实验计算中需要注意各项参数的精确度和精度。

准稳态系数实验报告

准稳态系数实验报告

一、实验目的1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理。

2. 通过实验掌握准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的方法。

3. 熟悉使用热电偶测量温度的方法。

4. 学习使用数字万用表。

二、实验原理准稳态法是一种测量不良导体导热系数和比热的方法。

该方法基于热传导定律,通过测量在一定时间内,试样中心温度与表面温度之差,以及试样吸收的热量,来计算导热系数和比热。

实验原理可表示为:\[ Q = kA\frac{\Delta T}{\Delta x} \]其中:- \( Q \) 为试样吸收的热量;- \( k \) 为试样的导热系数;- \( A \) 为试样的表面积;- \( \Delta T \) 为试样中心温度与表面温度之差;- \( \Delta x \) 为试样厚度。

通过实验测得 \( Q \)、\( A \)、\( \Delta T \) 和 \( \Delta x \),可以计算出试样的导热系数 \( k \) 和比热 \( c \)。

三、实验仪器与材料1. 实验装置:准稳态法导热系数测试仪、试样夹具、热电偶、数字万用表、温度计等。

2. 实验材料:不良导体试样(如橡胶、塑料等)。

四、实验步骤1. 将试样放置在试样夹具中,确保试样与夹具接触良好。

2. 将热电偶插入试样中心位置,并固定好。

3. 打开实验装置,调节加热电流,使试样表面温度达到预定值。

4. 记录加热时间,并观察试样中心温度的变化。

5. 当试样中心温度稳定后,记录试样中心温度和表面温度。

6. 关闭实验装置,待试样冷却至室温。

7. 重复步骤 3-6,至少进行 3 次实验,取平均值。

五、实验数据与结果分析1. 记录实验数据,包括加热时间、试样中心温度、表面温度、试样厚度等。

2. 根据实验数据,计算试样吸收的热量 \( Q \)。

3. 根据公式 \( Q = kA\frac{\Delta T}{\Delta x} \),计算试样的导热系数\( k \)。

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验报告:
本实验组进行了一系列实验,目的是测量介质的导热系数和比热。

为此,我们采用了准稳态法(Steady-State Method),通过测量系统的热流,温度和物理量来评估介质的热特性。

实验装置由两个金属块构成,它们之间以一定宽度填充介质。

两个金属块用热电偶连接,控制机械温度。

一个块由常温水浴恒温,使另一块保持稳定的温度,以产生恒定的热流。

然后,通过特殊测量仪器读取温度差。

通过改变被测物质的厚度,实验运行三次,同时测量温度。

在改变热流情况下,记录温度差随热导率的变化情况。

根据所得温度与热导率的关系,用分析技术计算出介质的导热系数和比热。

实验运行时,实验装置保持在常温水浴中,当热偶发出热量时,两个金属块之间的温差增大,测量装置会自动调整两个金属块的温度,以保持恒定的热流输出。

本实验的结果显示,随着介质的厚度的增加,介质的导热系数和比热值也随之增加。

未来,我们可以改进实验装置,看看它们是否可以产生更精确的结果。

B2用准稳态法测介质的导热系数和比热OK

B2用准稳态法测介质的导热系数和比热OK

补2 用准稳态法测介质的导热系数和比热热传导是热传递三种基本方式之一。

导热系数定义为单位温度梯度下每单位时间内由单位面积传递的热量,单位为W / (m · K)。

它表征物体导热能力的大小。

比热是单位质量物质的热容量。

单位质量的某种物质,在温度升高(或降低)1度时所吸收(或放出)的热量,叫做这种物质的比热,单位为J/(kg ·K )。

测量导热系数和比热通常都用稳态法,使用稳态法要求温度和热流量均要稳定,但在实际操作中要实现这样的条件比较困难,因而会导致测量的重复性、稳定性、一致性较差,误差也较大。

为了克服稳态法测量的这些弊端,本实验使用了一种新的测量方法——准稳态法,使用准稳态法只要求温差恒定和温升速率恒定,而不必通过长时间的加热达到稳态,就可以通过简单的计算得到导热系数和比热。

【实验目的】1. 了解准稳态法测量导热系数和比热的原理;2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法;3. 用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热。

【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪2. 实验装置一个,实验样品两套(橡胶和有机玻璃,每套四块),加热板两块,热电偶两只,导线若干,保温杯一个【实验原理】1. 准稳态法测量原理考虑如图B2-1所示的一维无限大导热模型:一无限大不良导体平板厚度为R 2,初始温度为0t ,现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度c q ,则平板各处的温度),(τx t 将随加热时间τ而变化。

以试样中心为坐标原点,上述模型的数学描述可表达如下:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==∂∂=∂∂∂∂=∂∂022)0,(0),0(),(),(),(t x t x t q x R t x x t a x t c τλττττ式中c a ρλ/=,λ为材料的导热系数,ρ为材料的密度,c 为材料的比热。

可以给出此方程的解为(参见附录):)cos)1(2621(),(222121220τπππτλτR an n n c e x Rn n R R x R R a q t x t -∞=+⋅∑-+-++=(B2-1)考察),(τx t 的解析式(B2-1)可以看到,随加热时间的增加,样品各处的温度将发生变化,而且我们注意到式中的级数求和项由于指数衰减的原因,会随加热时间的增加而逐渐变小,直至所图B2-1理想的无限大不良导体平板占份额可以忽略不计。

准稳态法比热导热系数测定

准稳态法比热导热系数测定

准稳态法比热导热系数测定准稳态法是一种常用的测定材料热导热系数的方法。

它的原理是在稳态条件下通过测量材料上下表面的温度差以及热传导时间,从而计算得出材料的热导热系数。

准稳态法的实验装置一般包括一个加热部分和一个测温部分。

加热部分通过加热源提供一定功率的热量,使得材料表面的温度升高。

测温部分则用来测量材料上下表面的温度差。

在实验开始前,首先需要测量材料的几何尺寸,包括材料的厚度、长度和宽度。

这些尺寸将用于最终计算的公式中。

实验时,先将加热部分与测温部分紧密贴合固定在一起,确保热量能够有效地传递到测温部分。

然后,打开加热源开始加热,同时记录测温部分上下表面的温度。

当材料表面的温度逐渐升高,同时也会传导到测温部分。

在稳态时,材料上下表面温度差保持不变。

此时,可以测量材料上下表面的温度差,并记录下来。

当前所记录的温度差,加热功率,以及材料的几何尺寸都可以带入到热传导计算公式中,从而计算出材料的热导热系数。

准稳态法具有测量简单、操作方便的优点。

同时,它还可以适用于多种不同类型的材料,包括固体、液体和气体等。

此外,该方法测量结果精确可靠,可以满足工业和科研领域对热导热系数的需求。

然而,准稳态法也有一些局限性。

首先,它要求稳态条件下进行测量,所以需要一定的时间来确保稳定性。

其次,对于热导热系数非常小的材料,由于热量传导时间过长,可能会产生误差。

此外,该方法无法测量非均匀和多层材料的热导热系数。

总之,准稳态法是一种可靠且常用的测定材料热导热系数的方法。

通过测量材料表面的温度差以及热传导时间,可以计算出材料的热导热系数。

该方法在工业和科研领域具有广泛应用,并且可以满足对热导热系数精确测量的需求。

准稳态法比热与导热系数测定

准稳态法比热与导热系数测定

准稳态法比热与导热系数测定热传导是一种重要的物理现象,它在工程、物理、化学等领域都有着广泛的应用。

为了研究热传导现象,我们需要测定材料的比热和导热系数。

本文将介绍一种测定材料比热和导热系数的方法——准稳态法。

一、准稳态法的原理准稳态法是测定材料比热和导热系数的一种常用方法。

它的原理是基于热传导的基本方程式:frac{partial T}{partial t} = alphaabla^2 T其中,T是温度,t是时间,alpha是热扩散系数,abla^2是拉普拉斯算子。

在准稳态条件下,即当时间足够长时,温度分布不再随时间变化,即frac{partial T}{partial t} = 0因此,我们可以得到下面的方程:abla^2 T = 0根据边界条件,我们可以求出温度分布,从而计算出材料的比热和导热系数。

二、准稳态法的实验步骤1. 实验装置准稳态法的实验装置主要包括一个热源、一个热传导材料和一个温度传感器。

2. 实验步骤(1)将热源放置在热传导材料的一端,并加热。

(2)等待一段时间,使得温度分布达到准稳态。

(3)在热传导材料的另一端放置一个温度传感器,记录温度随时间的变化。

(4)根据温度分布和时间变化,计算出材料的比热和导热系数。

三、准稳态法的优缺点1. 优点准稳态法测定材料比热和导热系数的方法简单,实验装置也比较容易搭建。

2. 缺点准稳态法需要等待一段时间,使得温度分布达到准稳态,这会导致实验时间较长。

此外,准稳态法对实验环境的影响比较大,需要对实验环境进行控制。

四、结论准稳态法是一种测定材料比热和导热系数的有效方法,它基于热传导的基本方程式,通过测量温度随时间的变化来计算材料的比热和导热系数。

虽然准稳态法需要等待一段时间,但它的实验装置简单,对实验环境的要求也比较低,因此在实际应用中具有一定的优势。

准稳态法比热导热系数测定

准稳态法比热导热系数测定

准稳态法比热导热系数测定准稳态法比热导热系数测定(Steady State Method for Thermal Conductivity Determination,简称SSMT)是一种用于测量物质的比热导热系数的方法。

这种方法基本上是建立在热力学原理和热传导基础之上的,它可以测量物体表面的温度以及深入到物体内部的温度变化,从而可以测量出物体内部的比热导热系数。

准稳态法比热导热系数测定,也称为“热传射”法,是一种采用稳态传热作用原理的测量技术。

它通过检测物体内部的温度分布和外表层的温度变化,来计算出物体的比热导热系数,从而检测物体的热性能。

其基本原理如下:将物体表面施加一较高的温度,然后检测物体内部的温度分布,利用基本的热传导理论,根据物体表面的温度变化和物体内部温度分布,可以得到物体的比热导热系数。

准稳态法比热导热系数测定的基本步骤包括:1. 首先要设计一个可以把物体表面受到一定温度的装置。

2. 测量物体表面的温度,以及物体内部不同位置处的温度。

3. 用所测得的物体表面温度和物体内部温度,结合热传导理论,求出物体的比热导热系数。

因为热传射法的原理涉及到物体的温度分布,所以准稳态法比热导热系数测定需要更加复杂的测量装置。

例如,在针对薄膜或弹性体的测量中,必须使用温度压力测量测定装置,以检测膜或弹性体表层的温度;在针对隔热材料、绝热材料或者实体固体的测量中,必须使用热电偶测试仪,以检测物体内部的温度变化情况。

此外,准稳态法比热导热系数测定还需要有一套完善的计算方法,以实时计算出物体的比热导热系数。

常用的计算方法有:热传导方程的解析解法、有限差分法、有限元法等。

准稳态法比热导热系数测定的优点在于可以直接测量物体表面和内部的温度,并从而求出物体的比热导热系数,而且这种方法对于测量物体表面的温度变化以及物体内部的温度分布都十分精确。

缺点在于需要一套完善的测量装置以及一段较长的测量时间,而且计算过程也比较复杂。

准稳态法测导热 系数和比热 - 广西师范大学物理科学与技术学院

准稳态法测导热 系数和比热 - 广西师范大学物理科学与技术学院

广西师大物电学院物理实验中心
实验内容
1.安装样品并连接各部分联线。注意两个热电偶之间、中心面与加热面 的位置不要放错,根据图2所示,中心面横梁的热电偶应该放到样品2和 样品3之间,加热面热电偶应该放到样品3和样品4之间。同时要注意热 电偶不要嵌入到加热薄膜里),保温杯中加入自来水,容量约在保温杯 容量的3/5为宜 2、设定加热电压,先让仪器预热10分钟左右 ,加热电压:18V或19V 3、测定样品的温度差和温升速率温差绝对值小于0.004mV, 就可以开始打开“加热控制”开关并开始记数,
(2)
系统各处的温度和时间是线性关系,温升速率也相同, 我们称此种状态为准稳态,此时有:
qc R λ= 2∆t
(3)
广西师大物电学院物理实验中心
另外在进入准稳态后,由比热的定义和能量守恒关系, 可以得到下列关系式:
q c = cρR
qc dt ρR dτ
dt dτ
比热为:
c=
(4)
由以上分析可以得到结论:只要在上述模型中测量出 系统进入准稳态后加热面和中心面间的温度差和中心 面的温升速率,即可由式(3)和式(4)得到待测 材料的导热系数和比热。

aτ 时: > 0.5 2 R
t ( x, τ ) = t 0 +
q c aτ R − λ R 6
x=0
x=R
t ( x, τ ) = t 0 +
q c aτ R + λ R 3
此时加热面和中心面间的温度差为:
∆t = t ( R,τ ) − t (0,τ ) = 1 qc R 2 λ
广西师大物电学院物理实验中心
注意事项
1.准稳态的判定原则是温差热电势和温升热电势趋于恒定。 2.数据处理中的Vt和ΔV指的是进入准稳态时的温差热电势Vt值 和每分钟温升热电势ΔV值,并且要换算成温度和温升速率, 要求至少有6组稳定的ΔV。 3.严禁将热电偶弯折,热电偶一定要安放好

实验八 准稳态法测量比热和导热系数

实验八 准稳态法测量比热和导热系数

实验八 准稳态法测量比热和导热系数热传递的三种基本方式包括热传导,热对流和热辐射,而衡量物质热传导特性的重要参数是物质的比热和导热系数。

以往对于比热和导热系数的测量大都使用稳态法,但是该方法要求温度和热流量均要稳定,因而要求实验条件较为严格,从而导致了该方法测量的重复性,稳定性及一致性差,误差大。

该实验采用一种新的测量方法,即准稳态方法,实验过程中只要求被加热物质的温差恒定和温升速率恒定,而不必通过长时间的加热达到稳态,就可以通过简单的计算得到该物质的比热和导热系数。

比热定义为单位质量的某种物质,在温度升高或降低1度时所吸收或放出的热量,叫做这种物质的比热,单位为J/(kg·K),它表征了物质吸热或者放热的本领。

导热系数定义为单位温度梯度下,单位时间内由单位面积传递的热量,单位为W/(m·K),即瓦/(米·开),它表征了物体导热能力的大小。

了解物质的热力学特性有很多应用,如了解土壤或岩石的热力学特性有助于人们了解该地区的大气环境特征。

了解混凝土制品的比热和导热系数有助于人们了解材料的保温特性,开发更好保温或隔热材料。

了解玻璃建筑材料的比热和导热系数,有助于人们研究和开发更加保温以及安全的玻璃制品。

交通方面,由于道路结构处于不断变化的温度环境中,了解沥青或沥青混合料的热力学特性参数,能够使人们精确的模拟道路结构温度场,了解不同状况下道路材料对于各种交通工具的影响。

了解橡胶的热力学特性参数,有助于人们开发出更加安全的交通道路和轮胎材料。

【实验目的】1. 了解利用准稳态方法测量物质的比热和导热系数的原理;2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法。

【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪;2. 实验样品包括橡胶和有机玻璃各一套,(每套四块),加热板两块,热电偶两只,导线若干,保温杯一个。

【实验原理】1. 准稳态法测量原理考虑如图8-1所示的一维无限大导热模型:一无限大不良导体平板厚度为2R ,初始温度为t 0,现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度q c ,则平板各处的温度t (x ,τ)将随加热时间τ而变化。

准稳态法比热与导热系数测定

准稳态法比热与导热系数测定

准稳态法比热与导热系数测定导热系数和比热是材料物理学中非常重要的参数,它们决定了材料的热传导性能和热容量,对于材料的热工性能和应用具有重要的影响。

因此,准确地测定材料的比热和导热系数是非常重要的。

准稳态法比热测定准稳态法比热测定是一种常用的实验方法,它利用热平衡原理通过测量样品加热后的温度变化来确定样品的比热。

该方法的基本原理是,将加热器加热后的样品放置在绝热容器中,待样品温度达到平衡后,记录下样品的初始温度和加热器的功率,然后关闭加热器,记录下样品的温度随时间的变化曲线,根据热平衡原理,可以得到样品的比热。

具体实验步骤如下:1. 将样品放置在加热器中,记录下初始温度和加热器的功率。

2. 关闭加热器,记录下样品的温度随时间的变化曲线。

3. 根据热平衡原理,计算出样品的比热。

准稳态法导热系数测定准稳态法导热系数测定也是一种常用的实验方法,它利用热平衡原理通过测量样品两端的温度差和导热板的热流量来确定样品的导热系数。

该方法的基本原理是,将样品夹在两个导热板之间,一个导热板加热,另一个导热板冷却,通过测量样品两端的温度差和导热板的热流量,可以得到样品的导热系数。

具体实验步骤如下:1. 将样品夹在两个导热板之间,一个导热板加热,另一个导热板冷却。

2. 记录下样品两端的温度差和导热板的热流量。

3. 根据热平衡原理,计算出样品的导热系数。

实验注意事项1. 实验过程中要保证样品处于稳态状态,不要受到外部干扰。

2. 实验中要注意测量精度,避免误差的产生。

3. 实验结束后要对仪器进行清洗和保养,以保证下次实验的准确性。

总结准稳态法比热与导热系数测定是一种常用的实验方法,通过该方法可以准确地测定材料的比热和导热系数。

这些参数对于材料的热工性能和应用具有重要的影响,因此准确地测定它们是非常重要的。

在实验中要注意稳态状态和测量精度,以保证实验的准确性。

准稳态法测不良导体的比热和导热系数

准稳态法测不良导体的比热和导热系数

准稳态法测不良导体的比热和导热系数一、实验任务1.了解准稳态法测量导热系数和比热的物理模型;2.掌握利用温差电偶测量温度和温差的原理和实验方法;3.掌握测量不良导体导热系数和比热的方法。

二、预习指导本实验能否获得满意的实验结果,主要取决于实验前的实验准备工作是否充分。

实验前应仔细阅读实验测量原理和了解实验装置,思考并能回答以下问题:1.本实验采用的是何种导热模型?在装置上是如何实现的?2.求解温度场的微分方程中各量的物理意义是什么?3.本实验对初始条件有何要求?实验时如何满足?4.何谓准稳态,如何判断系统是否达到准稳态?列出系统进入准稳态后的几个特征?5.热流密度的定义和单位是什么?在本实验中热流密度公式是如何得到的?6.本实验中是如何利用两只热电偶测量加热面和中心面的温差的?三、操作要点1.熟悉实验装置,了解实验样品和热电偶的装配方法。

检查热端和冷端是否连接正常,查热电偶的电阻是否为3~5Ω,按下图联接电路,检测并记录初始温差及初始温度。

调节加热器电压为21伏,预热二十分钟。

在加热样品前,须经教师检查许可后进行,以防损坏仪器或实验失误。

2.接通加热器电源,测t τΔ 及(0,)t ττ 曲线。

每隔三十秒测量一次t Δ和(0,)t τ(利用转换开关来实现,先测t Δ),准稳态出现后再测五组数据。

3.本实验分别对有机玻璃和橡胶各测一次。

四、注意事项在装卸样品和热电偶时,要带好手套以免造成样品初始温度不均匀和影响热电偶的输出。

另外热电偶极易损坏,装配时要小心,注意保护。

五、报告要求用坐标纸画出t τΔ 及(0,)t ττ 曲线(绘在一个坐标内),从图上判断准稳态并求出t Δ和/dt d τ;计算导热系数、比热。

六、讨论题1、2。

3.如果冷端槽不处于冰水中,而是处于恒定温度的空气中,是否影响本实验导热系数和比热的测量?。

准稳态法测不良导体的导热系数和比热 实验报告

准稳态法测不良导体的导热系数和比热  实验报告

准稳态法测不良导体的导热系数和比热实验报告一、实验目的(1)实验一:万用表使用测量:熟悉万用表的使用方法,学习量程的选择方法,以及根据量程得到数据精度并计算不确定度的方法。

(2)实验二:热导实验:1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和热比的方法;2、掌握热电偶测量温度法方法;3、加深对直线拟合处理数据方法的理解。

二、实验一:万用表使用测量计算过程:(2)交流电源有效值∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.2%*0.34474 + 0.05%*2 = 0.0017V =X=XX0.34474 ±0.0017V±=∆(3)交流信号的频率∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.01%*999.98 + 0.003%*2000 = 0.16Hz =XX999.98 ±0.16Hz=X∆=±(4)电阻∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.020%*10.9457 + 0.004%*20 = 0.003kΩ=X==XX10.9457 ±0.003kΩ±∆(5)电容∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=1%*0.930 + 0.5%*2=0.019uF ==XX0.930 ±0.019uFX±=∆(6)二极管∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.06%*0.5735+0.020%*2 = 0.0007V =X=XX0.5736 ±0.0007V∆=±实验二:热导实验三、数据处理(2)U1(t2t1)~τ,U2(t1tc)~τ曲线分析:当样品进入准稳态时,样品内各点的温升速率相同并保持不变,且样品内两点间温差恒定。

对应的电压值变化趋势为:中心面和冷面温差U2(t1tc)线性增长,热面和中心面温差U1(t2t1)基本保持不变。

实验三 准稳态法测材料的导热性能实验

实验三  准稳态法测材料的导热性能实验

实验三 准稳态法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 测量绝热材料(不良导体)的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。

2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、实验原理本实验是根据第二类边界条件,无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ,初始温度为t 0,平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热(见图1)。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t (x ,τ)。

导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下:22),(),(xx t a x t ∂∂=∂∂τττ 0=τ时, 0t t =0=x 处, 0=∂∂xtδ±=x 处, c q xt=∂∂-λ方程的解为:)]exp()cos(2)1(63[),(02211220F xx a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞=∑式中:τ—— 时间,s ;λ—— 平板的导热系数,w/m ∙℃;a —— 平板的导温系数,a cλρ=m 2/s ; n μ——πn ,n=1,2,3,……;Fo —— 傅立叶准则,Fo =2a τδ ; t 0 —— 初始温度,℃;c q —— 沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度,w/m 2。

随着时间τ的延长,F 0数变大,上式中级数和项愈小。

当F 0>0.5时,级数和项变得很小,可以忽略,上式变成:20221(,)()26c q at x t x t δτλδδ-=+- (1)由此可见,当F 0>0.5后,平板各处温度和时间成线性关系,温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时,平板中心面x=0处的温度为:021(0,)()6c q a t t δττλδ-=- (2) 平板加热面x=δ处为:)31(),(20+=-δτλδτδa q t t c (3) 此两面的温差为:λδττδc q t t t ⋅=-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ,再测出Δt ,就可以由式(3)求出导热系数: tq c ∆=2δλ (4) 实际上,无限大平板是无法实现的,实验总是用有限尺寸的试件。

恒热流准稳态平板法测定非金属材料热物性参数

恒热流准稳态平板法测定非金属材料热物性参数

实验 恒热流准稳态平板法测定非金属材料热物性参数(导热系数、比热容、导温系数)根据Fourier 定律,导热系数的测量可以沿循稳态导热和非稳态导热两种思路。

稳态导热法认为导热系数的变化是随温度而线性变化的,实验要求持续的时间长,需要的设备比较多,如测量热流密度时需要引入泵、水循环系统,且必须计及散热误差。

非稳态法着眼于“瞬态”特性,持续时间较短,可以测量不同温度条件下的导热系数,因而愈来愈受到重视。

一、实验目的1.通过实验测出温度变化曲线,进一步加深了解不稳定导热过程的特征。

2.对导热系数、导温系数及比热容有比较直观的认识,并掌握快速测试材料热物性的实验方法和技术。

二、实验原理根据导热理论,对厚度为2δ(图1),初始温度为t i 、导热系数为λ、导温系数为α的无限大平板,当其两表面用恒热流密度q ω加热时,平板内任意点的温度可表示为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-+=-∑∞=+122122)exp()cos()()(261)(21n o n o w i F n xn n n x F q t t πδππδλδ (1) 当加热经过一段时间后,即F o >0.5(教材取为0.2)时,(1)式中的级数项便可略去不计了。

这时可得简单关系式⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-61)(212δλδx F q t t ow i (2) 由(2)式可见,板内各点温度随时间线性变化,而与板面垂直的坐标X 呈抛物线关系。

如图1所示。

这就是不稳态导热达到准稳态时的温度场特征(“准稳态”)。

对于X =±δ的加热面和X =0的中心面,上式分别写成:)31(++=o w i w F q t t λδ)61(-+=o w i c F q t t λδ由上面两式可得导热系数实验原理tq t t q w c w w ∆=-=2)(2δδλ W/m·K (3)式中:Δt =t w -t c ——同一瞬时加热面与中心面间的温差,℃; 图1板内各点温度变化q w —单位面积平板表面所获得热流量,W/m 2; δ—平板的半宽,m 。

非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验

非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验

非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验一、实验目的1、本实验属于创新型实验,要求学生自己选择不同原料、按照不同配比进行加工出新型实验材料,并对该材料的热物性(密度、导热系数、比热容、导温系数)进行实验测量。

2.快速测量绝热材料(不良导体)的导热系数和比热,掌握其测试原理和方法。

3、掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、实验测试原理本实验是根据第二类边界条件,无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ,初始温度为t 0,平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热(如下图所示)。

根据导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件,对于任一瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ,τ)可由下面方程组解得;方程组的解为:式中:τ——时间;λ——平板的导热系数;α——平板的导温系数;t 0——初始温度; —傅立叶准则;δβμn n = ,n=1,2,3…;q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。

随着时间τ的延长,F 0数变大,式(1)中级数和项愈小。

当F 0>0.5时,级数和项变得很小,可以忽略,式(1)变成(2) 0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp()cos(2)1(63[),(2211220o n n nn n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑)612(),(222-+=-δδατλδτx q t x t c o 2δατ=F由此可见,当F 0>0.5后,平板各处温度和时间成线性关系,温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。

这种状态即为准稳态。

在准稳态时,平板中心面X=0处的温度为:平板加热面X=δ处为:此两面的温差为: (3) 已知q c 和δ,再测出△t ,就可以由式(3)求出导热系数:(4)实际上,无限大平板是无法实现的,实验总是用有限尺寸的试件,一般可认为,试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时,两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。

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准稳态法测导热系数和比热
【实验目的】
1、了解准稳态法测量导热系数和比热的原理
2、学习热电偶测量温度的原理和使用方法
3、用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
【实验仪器】
ZKY-BRDR型准稳态法比热导热系数测定仪,包括实验样品两套(橡胶和有机玻璃,每套四块),加热板,热电偶,保温杯,导线若干。

【实验内容和步骤】
1、调整实验装置
(1)用万用表检查两只热电偶冷端和热端的电阻值大小,一般在3~6欧姆内。

(2)戴好手套,将冷却好的样品放进样品架中,并压紧。

热电偶的测温端应样品的中心位置。

在保温杯中加入自来水,水的容量约在保温杯容量的3/5为宜。

连接电路。

(3)开机预热10分钟,设定加热电压。

2、测定样品的温度差和温升速率
(1)将测量电压显示调到“热电势”的“温差”档位,如果显示温差绝对值小于0.004mV,打开“加热控制”开关,每隔1分钟记录一次中心面热电势和温差热电势,直至准稳态过程结束。

(2)换样品重复一次实验。

3、数据处理
准稳态的判定原则是温差热电势和温升热电势趋于恒定。

根据准稳态时的温差热电势Vt 值和每分钟温升热电势ΔV值,计算待测样品的导热系数和比热容。

注意事项
在取样品的时候,必须先将中心面横梁热电偶取出,再取出实验样品,最后取出加热面横梁热电偶。

严禁以热电偶弯折的方法取出实验样品,这样将会大大减小热电偶的使用寿命。

思考题
1.试述准稳态法测不良导体导热系数的基本思想方法和优点?
2.实验过程中,环境温度的变化对实验有无影响?为什么?
3. 本实验中,如何判断系统进入了准稳态,即准稳态的条件是什么?。

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