热波法测热导率
测量材料的热导率
测量材料的热导率随着科技的进步,对材料性能的研究和测量变得越来越重要。
热导率作为材料性能的重要参数,广泛应用于工程和科学领域。
本文将介绍测量材料热导率的方法及其应用。
引言:材料的热导率是指单位时间内,单位面积上的热量传导量与温度梯度之比。
热导率的准确测量对于材料的热管理、能源转换、热工冷却等领域至关重要。
下面我们将介绍几种常用的测量热导率的方法。
一、热盘法热盘法是一种常用的测量材料热导率的方法。
它通过在样品的两侧加上恒定的热流,测量样品中的温度分布,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于热导率较高的材料,如金属和陶瓷等。
二、横向热流法横向热流法也是一种常见的测量材料热导率的方法。
它通过在样品两侧加上恒定的温度差,测量样品之间的热流,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于热导率较低的材料,如塑料和绝缘材料等。
三、激光闪烁法激光闪烁法是一种非接触式测量材料热导率的方法。
它通过在样品表面照射激光束,并观察激光在样品内部的传播情况,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于对样品进行表面热导率测量的情况。
四、红外热成像法红外热成像法是一种基于红外热像仪的测量方法。
它通过红外热像仪测量样品表面的温度分布,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于对大面积、不规则形状的样品进行热导率测量的情况。
五、电法热导率测量电法热导率测量是一种利用电热效应测量材料热导率的方法。
它通过在样品中加上电流,在样品中产生热源,并测量样品两侧的温度差,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于导电性较好的材料。
六、声波法声波法是一种利用声波传播特性来测量材料热导率的方法。
它通过测量声波在材料中传播的速度和频率,从而计算出样品的热导率。
这种方法适用于固体材料的热导率测量。
应用:测量材料的热导率在许多领域都有重要应用。
例如,在材料科学领域,热导率的准确测量可以帮助研究人员了解材料的热传导机制,以及设计和改进材料的热管理性能。
在能源领域,了解热导率可以帮助优化材料在能源转换和储存中的应用。
计算机热波法测良导体热导率报告
计算机热波法测良导体热导率一.实验目的1.学会一种测量热导率的方法2.了解动态法特点和优越性3.认识热波,加强对波动理论的理解二.实验原理与装置为使问题简化,令热量沿一维传播,故将样品制成棒状,取一小段棒元,如图1。
根据热传导定律,单位时间内流过某垂直于传播方向面积A 的热量即热流为dxdT KAq -= (1)其中K 为待测材料的热导率,dxdT 是温度对坐标x 的梯度。
将(1)式两边对坐标取微分有:dx dxT d KAdq 22-=根据能量守恒定律,任一时刻棒元的热平衡方程为:dx dxT d KAdq dtdT Adx22c ==ρ (2)其中c ,ρ分别为材料的比热容与密度,由此可得热流方程22dxT d DdtdT = (3)其中D =ρc K ,成为热扩散系数。
(3)式的解将把各点的温度随时间的变化表示出来,具体形式取决于边界条件,若令热端的温度按简谐变化,即)s i n (0t T T T m ω+= (4)另一端用冷水冷却,保持恒定低温0T ,则(3)式的解也就是棒中各点的温度为)2s i n (20x Dt eT x T T xDm ωωαω-+-=-(5)其中α是线性成分的斜率。
从(5)式中可以看出:(1)热端(x=0)温度是简谐方式变化时,这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播,称为热波,也就是温度波(2)热波波速:ωD v 2=(6)(3)热波波长:ωπλD22= (7)因此在热端温度变化的角频率ω已知的情况下,只要测出波速或波长就可以计算出D ,然后再由ρc K D =计算出材料的热导率K ,本实验采用(6)式,可得ωρc K v 22=则02244t c v fc v K πρπρ==(8)其中,f ,0t 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期。
从上述原理可知实现热导率测量的关键是下列两个方面。
(1)如何实现热量的一维传播。
为实现一位传播,将材料制成圆棒状,并用绝热材料紧裹其侧表面,这样热量将只沿轴向传播,并且在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度总是相同的。
thermalwave测量原理
thermalwave测量原理热波(thermalwave)测量技术是一种利用热传导和热辐射原理来检测物体性质的非接触式测量方法。
它通过对物体表面施加周期性的热源激励,然后测量物体表面的温度变化来获取物体的热导率、热扩散率、热传递系数等热学参数。
热波测量原理的基本思想是利用物体对热的传导和辐射的响应来推断物体的热学性质。
当一个物体表面受到周期性的热源激励时,物体表面的温度会发生周期性的变化。
这种温度变化会随着热波的传播而逐渐减弱。
根据热波的传播特性以及物体的热学参数,可以通过测量物体表面温度的变化来反推物体的热学性质。
在热波测量中,常用的热源激励方式有闪光灯、电热丝、激光束等。
这些激励方式能够产生周期性的热源信号,从而产生周期性的温度变化。
通过测量物体表面的温度变化,可以得到物体对热源激励的响应。
与传统的热工测量方法相比,热波测量具有许多优势。
首先,热波测量是一种非接触式的测量方法,可以在不破坏物体表面的情况下进行测量。
其次,热波测量可以对不同类型的物体进行测量,无论是导热性能较好的金属材料,还是导热性能较差的绝缘材料,都可以通过热波测量来获取它们的热学参数。
此外,热波测量还可以在较大的测量范围内进行,可以测量不同厚度和形状的物体。
热波测量原理的应用非常广泛。
在材料科学领域,热波测量可以用于研究材料的热导率、热扩散率、热传导系数等热学参数,从而优化材料的热性能。
在工程领域,热波测量可以用于检测材料的缺陷和损伤,如裂纹、气泡等。
在医学领域,热波测量可以用于诊断人体组织的病变,如肿瘤等。
热波测量原理是一种利用热传导和热辐射原理来测量物体性质的方法。
通过对物体表面施加周期性的热源激励,然后测量物体表面的温度变化,可以获取物体的热学参数。
热波测量具有非接触式、适用于不同类型物体、较大测量范围等优点,在材料科学、工程和医学等领域有着广泛的应用前景。
良导体热导率的动态法测量
西安交通大学大学物理仿真实验报告姓名:李宗阳班级:能动28学号:2120301210实验名称:良导体热导率的动态法测量一.实验目的1.通过实验学会一种测量热导率的方法。
2.解动态法的特点和优越性。
3.认识热波,加强对拨动理论的理解。
二.实验原理实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。
简化问题,令热量沿一维传播,周边隔热,如图1所示。
根据热传导定律,单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A 的热量,即热流为 x T KA t q ∂∂-=∂∂ (1)其中K 为待测材料的热导率,A 为截面积,文中xT ∂∂是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反.dt 时间内通过面积A 流入的热量dxdt x T KA dt t q t q dq dx x x 22∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=+ 图1 棒 元若没有其他热量来源或损耗,据能量守恒定律,dt 时间内流入面积A 的热量等于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=ρ,其中C ,ρ分别为材料的比热容与密度。
所以任一时刻棒元热平衡方程为dx xT K t T dx C 22∂∂=∂∂ρ (2) 由此可得热流方程22x T D t T ∂∂=∂∂ (3) 其中ρC KD =,称为热扩散系数. 式(3)的解将把各点的温度随时间的变化表示出来,具体形式取决于边界条件,若令热端的温度按简谐变化,即t T T T m ωsin 0+= (4)其中T m 是热端最高温度,ω 为热端温度变化的角频率。
另一端用冷水冷却,保持恒定低温o T ,则式(3)的解也就是棒中各点的温度为)sin(202x t e T x T T D x m D ωωαω-⋅+-=- (5)其中T 0是直流成分,α是线性成分的斜率,从式(5)中可以看出:1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时,这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播,称为热波.2) 热波波速:ωD V 2=(6) 3) 热波波长:ωπλD22=(7) 因此在热端温度变化的角频率已知的情况下,只要测出波速或波长就可以计算出D .然后再由ρC KD =计算出材料的热导率K .本实验采用.式(6)可得 ωρC K V 22= 则T C V f C V K πρπρ4422== (8)其中,f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期.实现上述测量的关键是:1) 热量在样品中一维传播.2) 热端温度按简谐变化.三.实验仪器1. 仪器结构实验仪器结构框图见图2(a),该仪器包括样品单元,控制单元和记录单元三大部分.实际仪器由两种工作方式:手动和程控.他们都含样品单元和控制单元,不同的只是记录单元.前者用高精度x-y 记录仪,后者用微机实现对整个系统的控制、数据的采集、记录和绘图,学生自行数据处理.图2(a) 热导率动态测量以结构框图仪器主机由用绝热材料紧裹侧表面的园棒状样品(实验取铜和铝两种样品)、热电偶列阵(传感器)、实现边界条件的脉动热源及冷却装置组成,见示意图2(b).样品中热量将只沿轴向传播,在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度是相同的,于是,只要测量轴线上各点温度分布,就可确定整个棒体上的温度分布.温度的测量采用热电偶列阵.将热电偶偶端均匀插在棒内轴线处,两个相邻偶间距离均为2cm ,为保持棒尾的温度o T 恒定,以防止整个棒温起伏,用冷却水冷却.样品选择 样品组受控脉动热源 水冷装置 传感器阵主控 单元信号调理单元 手动、程控选择单元 A/D 转换 计算机电源组 X-Y 记录仪(可选)打印机(可选)手程控图2(b) 主机结构示意图图2(C) 热导率动态仪实物图图2(d) 控制面板2. 脉动热源及冷却装置为实现热温度随时间做简谐变化,在样品棒的一端放上电热器,使电热器始终处于T/2开、T/2关的交替加热的状态,于是电热器便成了频率为T的脉动热源(图3(a))。
热导率测量技术原理与实验操作
热导率测量技术原理与实验操作引言热导率是表征材料导热性能的重要参数之一。
准确测量材料的热导率可以为材料科学研究和工程应用提供有价值的数据。
本文将介绍热导率测量的原理和常见的实验操作技术。
一、热导率测量原理热导率是材料本身导热的能力,即单位时间内单位面积的热量通过材料的能力。
常见的热导率测量原理包括热传导、热辐射和热对流。
1. 热传导法:热传导法是最常见的测量热导率的方法。
该方法通过测量材料上下表面的温度差和热量流量,计算出热传导系数。
实验时需要将待测样品置于两个温度不同的热源之间,测量两个温度传感器之间的温度差和热量流量,进而计算出热导率。
传感器的选取和位置布置对结果的准确性起着重要的影响。
2. 热辐射法:热辐射法主要适用于高温情况下的热导率测量。
该方法基于物体发射的热辐射与其温度和表面发射率之间的关系。
实验时,需要将待测样品置于一个热源旁边,通过测量样品表面的热辐射量和温度,计算出热导率。
热辐射法需要注意选择合适的红外辐射仪和对样品进行表面处理。
3. 热对流法:热对流法适用于液体和气体等流体材料的热导率测量。
该方法基于流体的对流传热机制,通过测量流体的温度差和热流量,计算出热导率。
实验时需要控制流体的流动速度和温度差,同时避免湍流的产生,以确保测量结果的准确性。
二、热导率测量实验操作1. 实验前准备:在进行热导率测量实验前,需要准备好实验所需的仪器设备,如温度传感器、热流计等。
同时,选择合适的待测样品,并对其进行表面处理,以提高测量的准确性。
另外,需要控制实验室的环境条件,确保实验过程的稳定性。
2. 实验设置:选择适当的热源和监测设备,将待测样品置于热源的两侧。
根据不同的测量原理,放置温度传感器或热辐射仪,并正确连接实验仪器。
保证传感器与待测样品的接触紧密,避免温度波动干扰实验结果。
3. 实验操作:根据实验设备的要求,按照预定的实验步骤进行操作。
注意记录各项实验参数的变化,如温度、热量、时间等。
热导率测量技术的使用方法与注意事项
热导率测量技术的使用方法与注意事项热导率是描述材料传导热性能的一个重要指标。
通过测量材料的热导率,可以了解其热导性能,并且在材料的选择、工艺设计和热管理等领域中发挥重要作用。
本文将介绍热导率测量技术的使用方法与注意事项。
一、热导率测量方法1. 热阻法热阻法是常用的一种热导率测量方法。
其原理是通过测量材料两端的温差和加热功率,计算出材料的热阻,并根据热阻与热导率的关系,推算出材料的热导率。
热阻法适用于不同形态和厚度的材料,可以准确测量各种材料的热导率。
2. 热流法热流法是另一种常见的热导率测量方法。
热流法通过在材料中施加一定热流量,在材料表面测量相应的温度分布,从而计算出材料的热导率。
热流法适用于导电性好的材料,如金属,可以测得更高精度的热导率。
3. 拉曼光谱法拉曼光谱法是近年来发展起来的一种非接触式热导率测量方法。
该方法利用拉曼光谱仪器测量材料中的拉曼散射光谱,从中提取出材料的热导率信息。
这种方法无需对样品进行物理处理,可以应用于各种材料的热导率测量。
二、热导率测量注意事项1. 样品制备在进行热导率测量之前,需要对样品进行适当的制备。
对于固体材料,应确保样品表面光洁平整,以减小测量误差。
对于液体和气体样品,需注意样品的填充和密封,以避免热量泄漏。
2. 温度控制在进行热导率测量时,温度控制是非常重要的。
应确保测量环境的温度稳定,并记录下环境温度。
对于固体样品,还需要考虑温度梯度对测量结果的影响,可以进行多点测量或在线温度校正,以提高测量精度。
3. 测量时间进行热导率测量时,测量时间的选择也十分重要。
过长的测量时间会导致样品过热,影响测量结果的准确性。
过短的测量时间则可能无法达到稳态,导致测量结果不可靠。
应根据具体的样品性质和测量方法选择合适的测量时间。
4. 数据处理在热导率测量完成后,需要对测量得到的数据进行处理。
应注意排除测量中的噪声和干扰,并对数据进行平均处理和统计分析,以减小测量误差。
对于不同材料和测量方法,需要采用相应的数据处理方法,以获得更加准确的热导率结果。
热波法测热导率数据整理
热波法(动态法)测热导率Cu上表中delta 是以第一个点的tm 为参考点,其它点与之作差的值(单位:s ),x 是横轴上采样热电偶的坐标(单位:m )。
数据采用MATLAB 进行处理。
上图:最小二乘法计算热波速度 下图:各个采样点对于最小二乘法的误差从图中可以看出,误差主要集中在后半段,因为曲线振幅小,有较明显的锯齿,所以在读数时偏差相对较大。
最小二乘法所得斜率即为热波在被测样品中的传播速度,即V=0.0027m/s 。
实验中采用的热端温度按简谐变化的周期T=180s 。
铜的热容c=0.39×103J/(kg·℃),密度ρ=8.92×103kg/m 3。
22330.00270.39108.9210180364/()44 3.14V c K T W m K ρπ⨯⨯⨯⨯==⨯=⋅⨯即被测铜样品的热导率为364W/(m ·K)。
Al上表中delta 是以第一个点的tm 为参考点,其它点与之作差的值(单位:s ),x 是横轴上采样热电偶的坐标(单位:m )。
数据采用MATLAB 进行处理。
上图:最小二乘法计算热波速度 下图:各个采样点对于最小二乘法的误差最小二乘法所得斜率即为热波在被测样品中的传播速度,即V=0.0027m/s 。
实验中采用的热端温度按简谐变化的周期T=180s 。
铝的热容c=0.88×103J/(kg·℃),密度ρ=2.7×103kg/m 3。
22330.00270.8810 2.710180248/()44 3.14V c K T W m K ρπ⨯⨯⨯⨯==⨯=⋅⨯即被测铝样品的热导率为248W/(m ·K)。
超导材料的热导率测试与表征指南
超导材料的热导率测试与表征指南引言超导材料是一类具有零电阻和完全排斥磁场的特殊材料,其在能源传输、磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。
热导率是超导材料的重要物理性质之一,对于材料的热传导特性有着直接的反映。
本文将介绍超导材料热导率的测试方法以及常用的表征指标,帮助读者深入了解超导材料的热传导性能。
一、热导率测试方法1. 热脉冲法热脉冲法是一种常用的测试超导材料热导率的方法。
该方法通过在材料上施加一个短暂的热脉冲,测量脉冲传播过程中温度的变化,从而计算出材料的热导率。
热脉冲法具有非接触、快速、精确的特点,适用于各种类型的超导材料。
2. 热电偶法热电偶法是另一种常用的测试热导率的方法。
该方法利用热电偶测量材料中的温度梯度和热电势差,通过热电效应计算出材料的热导率。
热电偶法适用于各种温度范围和样品形状,但对于导热率较低的材料,测量结果可能存在一定的误差。
3. 热扩散法热扩散法是一种间接测量热导率的方法。
该方法通过测量材料中的热扩散系数和比热容,计算出材料的热导率。
热扩散法适用于各种类型的材料,但对于热导率较高的材料,可能需要进行一定的修正。
二、热导率的表征指标1. 热导率系数热导率系数是热导率的一个重要指标,表示单位温度梯度下单位面积的热流量。
热导率系数越大,材料的导热性能越好。
超导材料的热导率系数通常在低温下较低,但在超导转变温度附近可能会出现异常的增加。
2. 热导率温度依赖性热导率的温度依赖性是指热导率随温度的变化规律。
超导材料的热导率通常在超导转变温度附近会出现明显的变化,这是由于超导电子对的形成和热激发态的变化导致的。
3. 热导率各向异性热导率各向异性是指材料在不同方向上的热导率不同。
超导材料的热导率通常在不同晶向上存在差异,这与材料的晶体结构和电子结构密切相关。
4. 热导率与其他物理性质的关系超导材料的热导率与其它物理性质之间存在一定的关系。
例如,热导率与电导率之间存在维尔贝克-弗尔尼关系,热导率与磁导率之间存在索科洛夫关系。
热导率的测量
导热系数(W/m×K)
380 160 120 50 17 0.17 0.18 0.13 0.40 1.0 0.18 0.20 0.25 0.30 0.50 0.33 0.22 0.25
0.25 0.17 0.23 0.25
目前,测定这一热物性旳措施就温度与时间旳变化 关系而言,能够分为稳态和非稳态两大类
i
i
i
式中 ai为气体混合物中i组分旳摩尔分率;Mi气体混合物中i组分旳分子量。
常用材料旳导热系数
用途 窗框 玻璃 热断桥
防雨
材料
铜 铝 (硅合金) 黄铜 铁 不锈钢 PVC 硬木 软木 (常用于建筑构件中) 玻璃钢(UP树脂) 碳酸钙玻璃 PMMA (有机玻璃) 聚碳酸脂 聚冼氨 (尼龙) 尼龙 6.6和25%玻璃纤维 高密度聚乙烯HD 低密度聚乙烯 LD 固体聚丙烯
• 热流计法 热流计法是一种基于一维稳态导热原理旳比较法。如图所示,将厚度一定旳 方形样品插入两个平板间,在其垂直方向通入一种恒定旳单向旳热流,使用 校正过旳热流传感器测量经过样品旳热流,传感器在平板与样品之间和样品 接触。当冷板和热板旳温度稳定后,测得样品厚度、样品上下表面旳温度和 经过样品旳热流量,根据傅立叶定律即 可拟定样品旳导热系数:
1. 试样质地均匀,唯一旳传热方式为导热; 2. 试样内旳热流是一维旳; 3. 脉冲激光被试样前表面薄层均匀吸收; 4. 试样表面没有热损失; 5. 在较小旳温升范围内试样旳物性不随温度 变化; 6. 加热脉冲时间远不大于背面温度上升时间
• 稳态测量法: 具有原理清楚,可精确、直接地取得热导 率绝对值等优点,并适于较宽温区旳测量,缺陷是比较原 始、测定时间较长和对环境(如测量系统旳绝热条件、测 量过程中旳温度控制以及样品旳形状尺寸等)要求苛刻。 常用于低导热系数材料旳测量, 其原理是利用稳定传热 过程中, 传热速率等于散热速率旳平衡条件来测得导热 系数。
材料的热导率测试方法
材料的热导率测试方法热导率是一个材料的重要物理性质,它描述了材料传导热量的能力。
对于工程领域来说,了解材料的热导率是非常重要的,因为它直接影响到材料的热传导性能和热稳定性。
本文将介绍几种常见的材料热导率测试方法,并探讨它们的优缺点。
一、热传导法热传导法是最常用的测量材料热导率的方法之一。
它基于热传导定律,通过测量材料在温度梯度下的热流量和温度差来计算热导率。
这种方法适用于大多数材料,包括固体、液体和气体。
在实际测试中,可以使用热传导仪器,如热板法、热流计法和热线法等。
其中,热板法是最常见的一种方法。
它通过将待测材料夹在两块热板之间,并在一侧加热,另一侧冷却,测量两侧的温度差和热流量来计算热导率。
热传导法的优点是测量结果准确可靠,且适用于各种材料。
然而,它也存在一些局限性。
首先,热传导法需要较长的测试时间,特别是对于导热性能较低的材料。
其次,对于非均匀材料,如多孔材料或复合材料,热传导法的结果可能不够准确。
二、激光闪烁法激光闪烁法是一种非接触测量材料热导率的方法。
它利用激光器产生的激光束照射在待测材料表面上,通过测量激光束在材料内部传播时的闪烁强度变化来计算热导率。
激光闪烁法的优点是测试速度快,且适用于各种材料。
它可以测量非常薄的材料,如薄膜或涂层。
此外,激光闪烁法还可以测量非均匀材料的热导率,如多孔材料或复合材料。
然而,激光闪烁法也存在一些局限性。
首先,它对材料表面的要求较高,需要保证材料表面光滑且无污染。
其次,激光闪烁法的设备成本较高,需要专业的设备和技术人员进行操作和维护。
三、红外热像法红外热像法是一种非接触测量材料热导率的方法。
它利用红外热像仪测量材料表面的红外辐射,通过分析红外辐射的分布和强度来计算热导率。
红外热像法的优点是测试速度快,且适用于各种材料。
它可以测量大尺寸的材料,且不受材料厚度的限制。
此外,红外热像法还可以测量非均匀材料的热导率。
然而,红外热像法也存在一些局限性。
首先,它对环境温度和湿度的要求较高,需要在恒定的环境条件下进行测试。
热学实验技术中的热辐射与热导性能测量方法
热学实验技术中的热辐射与热导性能测量方法引言:热学实验技术是一门重要的学科,用于研究物质的热辐射和热导性能。
热辐射是物体因温度而发出的电磁辐射,而热导性能则是描述物质传导热量的能力。
在研究材料的热学性质时,了解如何测量热辐射和热导性能是必不可少的。
本文将介绍一些常用的热学实验技术中的热辐射和热导性能测量方法。
热辐射测量方法:热辐射是由物体的表面因温度而发出的电磁波。
测量热辐射的方法有很多,其中一种常用的方法是使用红外辐射测温仪。
这种仪器利用物体表面的红外辐射来测量物体的表面温度。
红外辐射测温仪通过检测物体发出的红外辐射,并将其转换为温度读数。
这种方法非常方便快捷,适用于各种物体,包括液体、固体和气体。
除了红外辐射测温仪外,还有其他的热辐射测量方法。
例如,可以使用热像仪来直观地显示物体表面的温度分布。
通过观察热像仪的屏幕,人们可以看到物体表面的热分布情况,从而了解物体的热辐射特性。
此外,还可以使用辐射热计来测量物体发出的辐射能量,这在一些特殊的实验研究中很有用。
热导性能测量方法:热导性能是描述物质传导热量的能力。
测量热导性能的方法有很多,下面将介绍几种常用的方法。
一种常见的方法是热传导测定仪法。
该方法的原理是将被测物体夹在两个热源之间,热源会使物体的一端升温,然后根据物体两端的温度变化来计算热导率。
热传导测定仪法的优点是简单易行,适用于固体和液体等物质。
另一种常用的方法是热流计测法。
这种方法利用热流计来测量物质的热导率。
热流计是一种可以测量热量传导的仪器,通过测量物体两端的温差和热量传递的速度来计算物质的热导率。
热流计测法适用于固体和液体等物质。
除了上述两种方法外,还有很多其他的热导性能测量方法。
例如,可以使用热膨胀法来测量物质的热导率。
这种方法利用物质在温度变化时的膨胀或收缩来计算热导率。
此外,还可以使用热电阻法、热电势法等等。
结论:热学实验技术中的热辐射与热导性能测量方法各有特点,可以根据实际需要选择适合的方法进行测量。
品检中的导热性能测试技术
品检中的导热性能测试技术导热性能是衡量材料导热特性的指标之一,其在品检中的测试技术是评估材料导热性能的重要手段之一。
本文将介绍导热性能测试技术在品检中的应用和相关要点。
在品检中,导热性能测试主要是为了评估材料导热性能的可靠性和一致性,以确保材料的质量符合要求。
导热性能测试可以帮助工程师和设计师选择合适的材料,并为产品的研发和改进提供参考依据。
以下是一些常见的导热性能测试技术:1. 热传导测试法:热传导测试法是最常用的导热性能测试方法,其原理是测量材料在一定温度梯度下的热传导特性。
常见的热传导测试方法包括平板法、横向传热法和对称热流法。
这些方法可以提供材料的热导率、导热系数和热阻等参数。
2. 热阻测试法:热阻测试法是评估导热性能的另一种常见方法,其原理是测量材料的导热阻抗。
常见的热阻测试方法包括平底热散射仪法和热阻计法。
这些方法可以通过测量材料的温度分布和热阻来评估其导热性能。
3. 热扩散测试法:热扩散测试法是评估材料导热性能的一种非常有效的方法,其原理是测量材料在不同温度下的热扩散特性。
常见的热扩散测试方法包括激光闪烁法和热波法。
这些方法可以提供材料的热扩散系数和热容量等参数。
在进行导热性能测试时,需要注意以下几个关键要点:1. 样品制备:确保样品的制备符合测试要求,如样品的尺寸、形状和表面处理等。
样品的制备应尽量避免损坏和变形,以保证测试结果的准确性和可重复性。
2. 测试条件:在进行导热性能测试时,需要控制好测试条件,如温度、压力和湿度等。
测试条件的选择应符合材料的实际使用环境和要求,并尽可能接近实际使用条件,以提供准确可靠的测试结果。
3. 仪器设备:选择适当的仪器设备进行导热性能测试,确保其精度和可靠性。
仪器设备应校准和维护良好,以避免对测试结果的影响。
4. 数据分析:在导热性能测试完成后,需要对测试数据进行分析和处理。
数据分析可以通过数学模型和统计方法,计算和评估材料的导热参数,并进行结果的验证和解释。
航天隔热材料的热导率
航天隔热材料的热导率是指材料在温度梯度下导热的能力,其值越低,说明材料的隔热性能越好。
在航天领域,隔热材料的热导率对于保证飞行器在高温环境下的稳定运行至关重要。
航天隔热材料的热导率通常采用以下方法进行测试:
1. 稳态平板法:这是一种常用的测试方法,通过在两个平行平板之间建立稳定的温度梯度,测量单位时间内通过单位面积的热量来计算热导率。
2. 热线法:这种方法通过测量热线在材料中的传播速度来推算热导率。
热线法适用于导热性能较好的材料。
3. 热波法:热波法是一种基于热波传播速度的测试方法,适用于分析材料的热导率和热扩散系数等参数。
4. 激光闪变法:激光闪变法通过测量激光在材料中传播时的强度变化来计算热导率。
这种方法适用于薄型或半透明材料。
各种材料的热导率实验测量方法与结果分析
各种材料的热导率实验测量方法与结果分析热导率是材料的一个重要物理性质,它描述了材料传导热量的能力。
了解材料的热导率对于工程和科学研究领域都具有重要意义。
本文将介绍各种材料的热导率实验测量方法,并对实验结果进行分析。
一、常用的热导率测量方法1. 热传导法热传导法是最常用的测量材料热导率的方法之一。
该方法基于热量在材料中传导的原理,通过测量材料上下表面的温差和传热定律,计算材料的热导率。
实验中,可以使用热电阻或热电偶来测量温差,并通过测量时间和距离来计算热导率。
2. 热对流法热对流法适用于气体和液体等流体材料的热导率测量。
该方法通过将流体材料置于一个加热器和一个冷却器之间,通过测量加热器和冷却器之间的温差和流体的流动状况,来计算热导率。
需要注意的是,在使用热对流法进行测量时,需要保证流动状态的稳定性,以保证测量结果的准确性。
3. 热辐射法热辐射法适用于材料的热导率测量,尤其是固体材料。
该方法基于热能的辐射传输原理,通过测量材料的辐射率和温度来计算热导率。
实验中,可以使用红外辐射热计或红外辐射测温仪来测量材料的辐射率,并结合温度变化来计算热导率。
二、实验结果分析1. 金属材料金属材料通常具有较高的热导率,这是由于金属材料的导电性较好。
实验测量结果中,金属材料的热导率通常较高且稳定。
不同金属材料之间的热导率差异较大,比如铜的热导率要高于铝。
2. 绝缘材料绝缘材料通常具有较低的热导率,这是由于绝缘材料的导电性较差。
实验测量结果中,绝缘材料的热导率通常较低且稳定。
不同绝缘材料之间的热导率差异较小。
3. 复合材料复合材料是由多种材料组合而成的材料,其热导率的测量较为复杂。
实验测量中,需要考虑复合材料中各组分的热导率和比例。
往往通过实验测量得到复合材料的整体热导率。
4. 纳米材料纳米材料具有特殊的物性,其热导率与粒径、晶格结构等因素密切相关。
实验测量中,需要考虑纳米材料的表面积效应和晶格尺寸效应对热导率的影响。
热波法测热导率
热波法测热导率实验仪器:(注明规格和型号)本实验使用RB-1型热导率动态测量仪, 包括主机、 控制单元、 记录单元三大部分。
1. 主机: 棒状样品及热电偶阵列, 脉动热源, 冷却装置 2. 控制单元 3. 记录系统实验目的:1. 学习一种测量热导率的方法2. 了解动态法测量热导率的特点和优点3. 认识热波, 加强对波动理论的认识实验原理简述:1. 导热微分方程的建立热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程 为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier 导热定律, 单位时间内流过某垂直于热流方向, 面积为A 的热量, 即热流为:xTKA t q ∂∂⋅-=∂∂ 其中q 为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热量; K 为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K 时, 单位面积上通过的热量;而在Δt 时间内通过截面A 流入小体积元dV=Adx 的热量为:t dx x T KA q ∆⋅⋅∂∂⋅=∆22, 而小体积元升高温度ΔT 所需要的热量为:t tTAdx c q ∆⋅∂∂⋅⋅=∆ρ'在无外界条件变化的情况下, 以上两式应当相等, 联立以上两式, 可以得到:22x T K t T c ∂∂⋅=∂∂ρ, 并可以由此推知热流方程: 022=∂∂⋅-∂∂xTD t T其中D=K/cρ为热扩散率。
该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化, 解的具体形式还将取决于边界条件2. 方程求解若使热端的温度围绕T0作简谐变化:T=T0+Tm*sinωt , 而另一端无反射并且保持恒定温度T0, 则可以得到原微分方程的解为)2sin()2ex p(0Dxt x DT x T T m ωωωα-⋅⋅-⋅+-=并且由上式可以得到热波的波长ωπλD22=, 热波在棒中的传播速度为ωνD 2=因而, 在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下, 只要测出热波的波速或波长, 就可以计算出热扩散率D , 进而计算出热导率K 。
热导率的测量方法和影响因素
热导率的测量方法和影响因素热导率是描述物质传导热量能力的物理量,它在工程和科学领域中具有重要的应用价值。
热导率的测量方法和影响因素是热传导研究中的重要课题。
本文将介绍几种常见的热导率测量方法,并探讨影响热导率的因素。
一、热导率的测量方法1. 热板法热板法是一种常用的热导率测量方法。
它利用热板与待测物质接触,通过测量热板上的温度变化来计算热导率。
热板法适用于固体和液体的热导率测量,具有测量精度高、操作简便等优点。
2. 热线法热线法是另一种常见的热导率测量方法。
它利用热线与待测物质接触,通过测量热线上的温度变化来计算热导率。
热线法适用于固体和液体的热导率测量,具有测量范围广、灵敏度高等优点。
3. 横向热流法横向热流法是一种用于测量薄膜和涂层材料热导率的方法。
它利用热流在薄膜或涂层中的传导特性来计算热导率。
横向热流法适用于薄膜和涂层的热导率测量,具有非接触性、适用于高温材料等优点。
二、影响热导率的因素1. 温度温度是影响热导率的重要因素之一。
一般来说,温度升高会导致物质的热导率增加。
这是因为温度升高会使物质内部分子的热运动加剧,从而增强了热传导的能力。
2. 材料的物性材料的物性也是影响热导率的重要因素之一。
不同材料的热导率不同,这是由于材料的分子结构、原子间的距离等因素所决定的。
例如,金属材料的热导率通常较高,而绝缘材料的热导率较低。
3. 结构和形态材料的结构和形态也会对热导率产生影响。
例如,晶体结构的材料通常具有较高的热导率,而非晶态结构的材料热导率较低。
此外,材料的形态也会对热导率产生影响,例如,纳米材料通常具有较高的热导率。
4. 含气量和含水量材料中的气体和水分含量也会对热导率产生影响。
一般来说,含气量和含水量较高的材料热导率较低,这是因为气体和水分的热传导能力较差。
5. 压力压力是影响热导率的因素之一。
一般来说,压力增大会使物质的热导率增加。
这是因为压力增大会使物质的分子结构更加紧密,从而增强了分子间的热传导能力。
最新计算机热波法测良导体热导率报告
计算机热波法测良导体热导率一.实验目的1.学会一种测量热导率的方法2.了解动态法特点和优越性3.认识热波,加强对波动理论的理解二.实验原理与装臵为使问题简化,令热量沿一维传播,故将样品制成棒状,取一小段棒元,如图1。
根据热传导定律,单位时间内流过某垂直于传播方向面积A 的热量即热流为dxdTKAq -= (1) 其中K 为待测材料的热导率,dxdT是温度对坐标x 的梯度。
将(1)式两边对坐标取微分有:dx dxTd KA dq 22-=根据能量守恒定律,任一时刻棒元的热平衡方程为:dx dxTd KA dq dt dT Adx 22c ==ρ (2)其中c ,ρ分别为材料的比热容与密度,由此可得热流方程22dxTd D dt dT = (3)其中D =ρc K,成为热扩散系数。
(3)式的解将把各点的温度随时间的变化表示出来,具体形式取决于边界条件,若令热端的温度按简谐变化,即)sin(0t T T T m ω+= (4) 另一端用冷水冷却,保持恒定低温0T ,则(3)式的解也就是棒中各点的温度为 )2sin(20x Dt eT x T T xDm ωωαω-+-=-(5)其中α是线性成分的斜率。
从(5)式中可以看出:(1)热端(x=0)温度是简谐方式变化时,这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播,称为热波,也就是温度波(2)热波波速:ωD v 2= (6)(3)热波波长:ωπλD22= (7)因此在热端温度变化的角频率ω已知的情况下,只要测出波速或波长就可以计算出D ,然后再由ρc KD =计算出材料的热导率K ,本实验采用(6)式,可得 ωρc K v 22= 则02244t c v f c v K πρπρ== (8) 其中,f ,0t 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期。
从上述原理可知实现热导率测量的关键是下列两个方面。
(1)如何实现热量的一维传播。
为实现一位传播,将材料制成圆棒状,并用绝热材料紧裹其侧表面,这样热量将只沿轴向传播,并且在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度总是相同的。
热导率测量(归纳)
如今测量导热系数方法与仪器有许多种。
使用Fourier方程所描述的稳态条件的仪器主要适用于测量中低导热系数材料。
使用动态(瞬时)方法的仪器,如热线法或激光散射法,用于测量中高导热系数材料。
一、稳态方法1、热流法如图1所示,将厚度一定的方形样品(例如长宽各30cm,厚10cm)插入于两个平板间,设置一定的温度梯度。
使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流。
测量样品厚度、温度梯度与通过样品的热流便可计算导热系数。
图2示出了一种新型的热流法导热仪(HFM 436系列)。
样品的厚度可达到10cm,长与宽可达30或60cm。
测量温度为-20℃到100℃之间(取决于不同的型号)。
这种仪器能测量导热系数在0.005到0.5W/m·K之间的材料,通常用于确定玻璃纤维绝热体或绝热板的导热系数与k因子。
该仪器的优点是易于操作,测量结果精确,测量速度快(仅为同类产品的四分之一),但是温度与测量范围有限。
2、保护热流法对于较大的、需要较高量程的样品,可以使用保护热流法导热仪。
其测量原理几乎与普通的热流法导热仪相同。
不同之处是测量单元被保护加热器所包围,因此测量温度范围和导热系数范围更宽。
3、保护热板法热板法或保护热板法导热仪的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似。
保护热板法的测量原理如图3所示。
热源位于同一材料的两块样品中间。
使用两块样品是为了获得向上与向下方向对称的热流,并使加热器的能量被测试样品完全吸收。
测量过程中,精确设定输入到热板上的能量。
通过调整输入到辅助加热器上的能量,对热源与辅助板之间的测量温度和温度梯度进行调整。
热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。
辅助加热器后是散热器,散热器和辅助加热器接触良好,确保热量的移除与改善控制。
测量加到热板上的能量、温度梯度及两片样品的厚度,应用Fourier方程便能够算出材料的导热系数。
相比热流法,保护热板法的优点是温度范围宽(-180到650℃)与量程广(最高可达2W/m·K)。
大学物理实验 良导体热导率
良导热体铜、铝热导率的测量摘要:热导率的动态法测量方法有很多种,本实验采用热波法。
其特点是当热量在样品中传播时,样品中各点的温度不像稳态法必须保持恒定。
只要给定恰当的边界条件,可以做到样品上个点的温度均可随时间做简谐变化,利用这种变化便可以计算出样品材料的热导率。
关键字:热波热导率动态法引言:热导率的动态法测量在国际上已很普遍,其方法也有多种。
本实验采取热波法。
其特点是当热量在样品中传播时,样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定。
只要给定适当边界条件,可以做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化,利用这种变化便可计算出样品材料的热导率。
这样就可将难于测准的热学量的测量转变为容易测准的长度测量,从而显著降低测量误差。
另外,由于学生对机械波、电磁波比较熟悉,而对热波也称温度波接触甚少,本实验使学生产生新鲜感,也拓宽了他们对波动理论的认识。
一、实验目的:1.学会一种测量热导率的方法。
2.了解动态法的特点和优越性。
3.认识热波、加强对波动理论的理解。
二、实验原理:热导率的动态法测量在国际上已很普遍,其方法也有多种。
本实验采取热波法。
其特点是当热量在样品中传播时,样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定。
只要给定适当边界条件,可以做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化,利用这种变化便可计算出样品材料的热导率。
这样就可将难于测准的热学量的测量转变为容易测准的长度测量,从而显著降低测量误差。
为方便问题简化,令热量沿一维传播,故将样品制成棒状,周边隔热。
取一小段样品如图1。
根据热传导定律,单位时间内流过某垂直于传播方向面积A的热量,即热流为Q=-Ka(dT/dx)(6.1)T图1 棒元其中k为待测材料的热导率,dT/dx是温度对坐标x的梯度。
两边取微分有dQ=-kAd2T/dx2dx根据能量守恒定律,任意时刻棒元的热平衡方程为CPdxAdT/dt=dQ=-KAd2T/dx2dx(6.2)其中C,P分别为材料的比热容比与密度,由此可得热流方程dT/dt=D*d2T/dx2(6.3)其中D=K/cp,成为热扩散系数。
良导热体铜、铝热导率的测量 - 上海交通大学物理实验中心 …
2 D
2D
(6)
(7)
(3)热波的波长: V 2
只要测出波速或波长就可计算出 D, 而后再 因此在热端温度变化的角频率ω以知的情况下, 有D
K 计算出材料的热导率 K。本实验采用(6)式可得 C
K C 则 K V 2C V 2C T 4 f 4 (8)
V2 2
其中,f、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期。 从上述原理可知实现热导率测量的关键是: (1) 如何实现热量的一维传播; (2) 如何实现热断温度随时间按简谐形式变化的边界条件; 【实验仪器】 1.RB-1 型热导率动态测量仪 工作方式: “手动”和“程控”两种; 热源功率:500W×2 脉动周期:手动方式:180±1(秒) ;程控方式:任意 样品温度有效范围:10℃~100℃ 温度分辨率:±0.5℃ 2.微型计算机(P5 以上,RAM>16M) 软件环境:Windows98 数据格式:标准文本格式 显示方式:动态实时显示测量曲线和数据 3.样品中的测量点分布及编号 从样品热端至冷端,沿轴样品轴线,每隔 20mm 分布 1 个热电偶传感器 “铜”样品有 12 个传感器,编号依次为 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12 “铝”样品有 8 个传感器,编号依次为 1、2、3、4、5、6、7、8 4. 有关参数
T T0 Tm sin t
(4)
另一端用冷水冷却,保持恒定的低温 T0 ,则(3)式的解也就是棒中各点的温度。为
,
T T0 x Tm e
2D
x
x sin(t
x) 2D
(5)
其中 T0 是直流成分,α是线性成分的斜率。从上式得出: (1)热端(x=0)处温度按简谐方式变化时,这种变化将以衰减的形式在棒内向冷端传播, 称为热波,或温度波。 (2)热波的波速: V
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热波法测热导率
实验仪器:(注明规格和型号)
本实验使用RB-1型热导率动态测量仪,包括主机、控制单元、记录单元三大部分。
1. 主机:棒状样品及热电偶阵列,脉动热源,冷却装置
2. 控制单元
3. 记录系统
实验目的:
1. 学习一种测量热导率的方法
2. 了解动态法测量热导率的特点和优点
3. 认识热波,加强对波动理论的认识
实验原理简述:
1. 导热微分方程的建立
热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程
为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元
x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂
直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为:
其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热
量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位
面积上通过的热量;
而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为:
,而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为:
在无外界条件变化的情况下,以上两式应当相等,联立以上两
式,可以得到:
,并可以由此推知热流方程:
其中D=K/cρ为热扩散率。
该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化,解的具
体形式还将取决于边界条件
2. 方程求解
若使热端的温度围绕T0作简谐变化:T=T0+Tm*sinωt,而另一端无反射并且保持恒定温度T0,则可以得到原微分方程的解为并且由上式可以得到热波的波长,热波在棒中的传播速度为因而,在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下,只要测出热波的波速或波长,就可以计算出热扩散率D,进而计算出热导率K。
3. 热波波速的测量
实验中样品棒上各个点的温度变化均为简谐规律,但是各点的
振动之间存在相位差。
可以用热波振动最大值在不同点之间传
递的时间差来测量波速,计算公式如下:
而极大值的读取,则似乎用在时间轴上选取横跨最大值的两个
对称点,则极大值处的横坐标为
4. 简谐热源的建立
简谐热源获取的原理是采用边界条件的变动。
当脉动热源加热
到一定程度后,样品棒的热端就会出现稳定而较大幅度的温度
脉动变化。
根据Fourier分解,此时棒内温度的波动是由ω倍频
的多次谐波粗证。
而这些谐波向冷端传播时,高次谐波会在传
播一定距离后衰减至零,而留下符合正弦性质的波动,因此,
如果将热端的边界取在离加热端10cm以上的位置,则可以得到
热端温度简谐振动的条件。
实验步骤简述:
使用动态法(热波法)测量Cu和Al的热导率。
1. 打开冷水机,通冷却水(教师完成)
2. 打开主机电源,按下工作方式开关,选择“程控”工作方式
3. 启动计算机和“热导率动态测量”程序
4. 选择待测样品为“Cu”
5. 设置脉动周期为180s(或240s)
6. 选择测量点,对于Cu样品可选择的测量点为1~12
7. 按“操作”栏的“测量”选项,仪器开始测量工作,在屏幕上渐渐
画出T-t曲线簇
8. 待系统运行40~60min,达到稳定后,样品内温度也已经达到动
态稳定,按“暂停”,则曲线簇不再变化,可以读取数据。
读取
数据时使用在极大峰左右选择对称值然后计算平均值的方法。
9. 重新启动测量软件,测量Al的热导率,方法同上。
(Al的测量
点为1~8)
10. 实验结束,关闭仪器(主机)电源,关闭计算机,然后统一关
闭循环水开关。
注意事项:
1. 首先确认循环冷却水开关已经打开。
2. 加热器温度很高,需要远离其他物品,并且保持通风良好
3. 禁止拔、碰热电偶
4. 测量时,一定要先测Cu样品,后测Al样品
5. 注意如果在测量过程中出现异常现象,首先关闭主机电源,停
止给样品加热。
原始数据、数据处理及误差计算:
1. 各测量点xi温度简谐振动峰值的数据记录与转换计算:
表格中的数据已经完成了峰值转换, tm即为峰值出现时对应的
时间
Cu样品
n12345
t1/s2067.382086.122094.12100.312110.942107.4 Y/mV1287.11187.11086.9986.9907827 t2/s2136.642138.422146.392155.252164.122179.18 tm/s2102.012112.272120.2452127.782137.532143.29 n7891011
t1/s2115.372137.532136.642150.822164.122158.8 Y/mV757697.1606.9520.8452377 t2/s2184.52185.392191.592198.682205.772211.09 tm/s2149.9352161.462164.1152174.752184.9452184.945
Al样品
n12345
t1/s1711.731720.151726.81730.781751.611744.96 Y/mV1289.91170.11049.7959.8869.7790 t2/s1778.641785.291794.591804.341801.681822.95 tm/s1745.1851752.721760.6951767.561776.6451783.955 n78
t1/s1778.641785.29
Y/mV720650
t2/s1808.331821.18
tm/s1793.4851803.235
2. 差值表(含时间差Δt与距离差Δx),以第一个点位参考点
Cu样品
N12345
Δt/s10.2618.23525.7735.5241.2847.925Δx/m0.020.040.060.080.10.12 N7891011
Δt/s59.4562.10572.7482.93582.935
Δx/m0.140.160.180.20.22
Al样品
N12345
Δt/s7.53515.5122.37531.4638.7748.3Δx/m0.020.040.060.080.10.12 N7
Δt/s58.05
Δx/m0.14
3. 根据上述结果,计算Cu、Al样品中热波的传导速度(使用最小
二乘法)
通过作差处理后,可以出,以ΔtΔx作出的函数曲线将经过远点,假设函数关系为Δx=b*Δt,这样,计算出直线的斜率b,便得到了热波的传导速度v
斜率的计算公式如下:
首先对Cu样品进行计算:
Σ(xi.yi)=81.3871, Σ(xi^2)= 32803.26, 则v=Σ(xi.yi)/Σ(xi^2)= 0.002481m/s
Cu的热导率
再计算Al样品:
Σ(xi.yi)= 22.4304, Σ(xi^2)= 8993.514, 则v=Σ(xi.yi)/Σ(xi^2)= 0.002494m/s
Al的热导率
思考题,实验感想,疑问与建议:
1. 如何获得样品棒上瞬时的热波传导状态,即瞬时T-x曲线?
粗略地建立样品棒上瞬时的热波状态,可以用同一时刻各个传
感器上读取的温度(电压)值,继而组成T-x曲线来表示。
根据
实验中的观察,同一时刻各点的温度处于由近到远递减的趋
势。
表达为T-x曲线,基本可如下所示:
2. 如何通过实验数据计算获得波长,继而通过波长来计算热导
率?
已知热波的波长,热波在棒中的传播速度为
那么就可以获得波长与波速之间的转换关系:,这样便能够通过实验数据转换而获得波长,进而获得以波长为自变量的热导率K计算公式:
3. 为什么实验中测得的T-t曲线,越靠后方的传感器获得的曲线,
其正弦特征越不明显而趋于平缓?
由于实验中采用的是端头脉动式加热法,则输入样品中的热量
是以简谐规律波动的。
而却靠后的位置,离端头的热源就越
远,则相对来说热量传到这里的时间要长,同时对热源波动的
响应也慢。
这两个因素重叠后,就会表现为该处的温度还尚未
下降至最低点时,第二次脉动加热的峰已经传到这里,因而温
度再次上升,总体表现上看来,测温度波动变得不明显而趋于
平缓。
4. 实验感想与体会:
在实验的过程中,发现该实验的读数操作会较大地影响到最终
结果的准确性。
由于在读取温度曲线的峰值时,采用的是对称
取点法,则在计算机上取点操作时可能发生这样的情况:取得
第一个点(比如该点位于峰左侧曲线上,并且取点准确)后,
在峰值右边取点是,没有将取值光标置于曲线上就从数据窗口
读数。
此时读到的数据, Y值是不变的,便无法单纯通过数据
来判断是否在曲线上取得的数据,就可能导致最终结果出现误
差。
另外,对程序放大功能的误操作,也会导致取样点偏移原
来正确的曲线峰而导致最终结果的误差出现。
另外,该实验的设计思路上,避开了热导率定义中涉及的热量
等不易测量的物理量,而通过测量热波的传导速度,再依靠导
热方程的计算推导得到热导率,从而减少了实验过程的复杂程
度,代替以数学计算,这样的思路在其他一些相关量不易测量
的实验中值得借鉴。
原始记录及图表粘贴处:(见附页)。