实验一.高分子材料传热系数测定

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　实验一、高分子材料 传 热系数的测定

　一、实验目的

　用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

　二、实验仪器

　导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、台秤(公用)、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、实验原理 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为 h、温度分别为 T 1 、 T 2 的平行平面（设 T 1 >T 2 ），若平面面积均为 S，在 t  时间内通过面积 S 的热量 Q  免租下述表达式：

　式中，tQ为热流量；  即为该物质的导热系数，  在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差 1 个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是 ) ( K m W  。

　在支架上先放上盘 圆铜盘 P （散热板），在 P 的上面放上 待测样品 B盘 盘（样品），再把带发热器的圆铜盘 A 放在 B 盘上，发热器通电后，从 热量从 A 盘（加热板）传到 B 盘，再传到 P 盘，由于 A,P 都是良导体，其温度即可以代表 B 盘上、下表面的温度 T 1 、T 2 ，T 1 、 T 2 分别插入 A、P 盘边缘小孔的热电偶 E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关 G，切换 A、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品 B任一圆截面的热流量为

　 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T 1 和 T 2 的值不变，说明通过 B 盘上表面的热流量与由铜盘 P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘 P 在稳定温度 T 2 的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时 T 1 和 T 2 后，即可将 B 盘移去，而使 A 盘的底面与铜盘 P 直接接触。当铜盘 P 的温度上升到高于稳定时的 T 2 值若干摄氏度后，在将 A 移开，让 P 自然冷却。观察其温度 T 随时间 t 变化情况，然后由此求出铜盘在 T 2

　 的冷却速率2T TtT,2T TtTmc就是铜盘 P 在温度为 T 2 时的散热速率。但要注意，这样求出的2T TtT是铜盘 P 在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为P P Bh R R   2 22 。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P 盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘 B 达到稳定状态时，散热面积仅为：P P Ph R R   22 。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正：

　四、实验内容

　1. 测量 P 盘和待测样品的直径、厚度，测 P 盘的质量。

　1）用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测 5 次。

　2）用游标卡尺测量 P 盘的直径和厚度，测 5 次，按平均值计算 P 盘的质量。

　3）用电子秤称出 P 盘的质量、 2. 不良导体导热系数的测量 1）实验时，先将待测样品放在散热盘 P 上面，然后将加热盘 A 放在样品盘 B 上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧密接触。

　2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，将热电偶的热端分别插入加热盘 A 和散热盘 P 侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘 A 和散热盘 P 的热电偶接线，连接到仪器面板的传感器Ⅰ、Ⅱ上。分别用专用导线将仪器机箱后的接头和加热组件圆铝板上的插座间加以连接。

　3）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加热的上限温度。对于薄样品加热盘温度一般比室温高 20℃，厚样品一般高 25-30℃。将加热

　选择开关由“断”打向“1-3”任意一档，此时指示灯亮，当打向 3 档时，加温速度最快 4）大约加热 40 分钟后，传感器Ⅰ、Ⅱ的读数不再上升时，说明已达到稳态，每隔 5 分钟记录 V T1 和 V T2 的值 5）在实验中，如果需要掌握用直流电位差计和热电偶来测量温度的内容，可将“窗期切换”开关转至“外接”，在“外接”两接线柱 上接上 UJ36a 型直流电位差计的“未知”端，即可测量散热铜盘上热电偶在温度变化时所产生的电势差。

　6）测量散热盘在稳态值 T 2 附近的散热速率。移开铜盘 A，取下橡胶盘，并使铜盘 A 的底部与铜盘 P 直接接触，当 P 盘的温度上升到高于稳态值 V T2 值若干度后，再将铜盘 A 移开，让铜盘 P 自然冷却，每隔30 秒记录此时的 T 2 值。根据测量值计算出散热速率。

　五、数据记录及处理

　1、铜的比热容

　 c=393J/(kg·℃)

　散热盘 P：质量 m=

　909.2

　 g

　半径 R P = PD21

　cm

　1 2 3 4 5 D P ∕cm

　 h p ∕cm

　 样品橡胶盘：半径 R B = BD21

　 cm

　1 2 3 4 5 D B ∕cm

　h B ∕cm

　稳态时 T 1 、T 2 的值，

　T 1 =

　 T 2 =

　1 2 3 4 5 T1 ∕℃

　 T2 ∕℃

　散热速率：

　时间∕s 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 T3 ∕℃

　 2、根据实验结果，计算出不良导热体的导热系数，并求出相对误差。

　 22 11) )( 2 2 () 2 (B P PB P PR T T h Rh h RtTmc