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

普通物理实验

材料的切变模量和转动惯量的测量

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实验目的实验原理实验内容实验仪器注意事项广西师大物电学院物理实验中心

实验目的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)。

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。

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实验原理 1、准稳态法测量原理

平板厚度---2R,初始温度----- t0,热流密度----- qc图1

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当

aτ时：> 0.5 2 R

t ( x,τ )= t 0+

q c aτ R λ R 6

x=0x=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 2λ

(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 Rλ= 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= cρRqc dtρR 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。广西师大物电学院物理实验中心

热电偶的工作原理由A、B两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成一个闭合回路，如图2(a)所示。当两接点温度不等(T>T0)时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，回路中产生的电动势称为热电势。T (a)图2

T0(b)热电偶原理及接线示意图 (c)

热电偶的热电势仅取决于热电偶的材料和两个接点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的尺寸与形状无关(热电极的材质要求均)。测量时，测出热电势就可以得到相应两接点的温度差。广西师大物电学院物理实验中心

接线原理图及接线说明保温杯接线区中心面热端-中心面热偶中心面冷端+热电势输出-中心面热端+中心面热端+热电势输出+加热面热端+加热面热偶加热面热端-图3接线方法及测量原理图放大盒接线区横梁接线区

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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，

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实验内容 4、数据处理

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实验仪器

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dt 1、用准稳态法测定橡胶加热面和中心面间的温度差 t和中心面的温升速率 dτ。dt 2、用准稳态法测定有机玻璃加热面和中心面间的温度差 t和中心面的温升速率dτ。 3、用式(7-6)及(7-8)计算橡胶及有机玻璃样品的导热系数和比热。

实验内容:

授课方式及补充要求：1、实验前，明确实验要求，介绍实验注意事项；学生自主完成各项实验内容。 2、实验结束后讨论回答以下思考题： (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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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

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