準穩(wěn)態(tài)法測導熱系數(shù)和比熱(已修改)
2025-07-01 13:24 本頁面
【正文】 .. . . .. 實驗名稱：準穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數(shù)和比熱 實驗?zāi)康模?. 了解準穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數(shù)和比熱原理，并通過快速測量學習掌握該方法；2. 掌握使用熱電偶測量溫度的方法。3. 學習使用數(shù)字萬用表。三、實驗原理：RRxqcqcqcqc圖B2－1理想的無限大不良導體平板1. 準穩(wěn)態(tài)法測量原理考慮如圖B2－１所示的一維無限大導熱模型：一無限大不良導體平板厚度為，初始溫度為，現(xiàn)在平板兩側(cè)同時施加均勻的指向中心面的熱流密度，則平板各處的溫度將隨加熱時間而變化。以試樣中心為坐標原點，上述模型的數(shù)學描述可表達如下： 式中，為材料的導熱系數(shù)，為材料的密度，c為材料的比熱?？梢越o出此方程的解為（參見附錄）：?。˙2－１）考察的解析式（B2－１）可以看到，隨加熱時間的增加，樣品各處的溫度將發(fā)生變化，而且我們注意到式中的級數(shù)求和項由于指數(shù)衰減的原因，會隨加熱時間的增加而逐漸變小，直至所占份額可以忽略不計。定量分析表明，當以后，上述級數(shù)求和項可以忽略。這時式（B2－１）可簡寫成： （B2－２）這時，在試件中心處（）有： （B2－３）在試件加熱面處（）有： （B2－４）由式（B2－３）和（B2－４）可見，當加熱時間滿足條件時，在試件中心面和加熱面處溫度和加熱時間成線性關(guān)系，溫升速率都為，此值是一個和材料導熱性能和實驗條件有關(guān)的常數(shù)，此時加熱面和中心面間的溫度差為： （B2－５）由式（B2－５）可以看出，此時加熱面和中心面間的溫度差和加熱時間沒有直接關(guān)系，保持恒定。系統(tǒng)各處的溫度和時間呈線性關(guān)系，溫升速率也相同，我們稱此種狀態(tài)為準穩(wěn)態(tài)。 當系統(tǒng)達到準穩(wěn)態(tài)時，由式（B2－５）得到 （B2－6）根據(jù)式（B2－6），只要測量進入準穩(wěn)態(tài)后加熱面和中心面間的溫度差，并由實驗條件確定相關(guān)參量和，則可以得到待測材料的導熱系數(shù)。另外在進入準穩(wěn)態(tài)后，由比熱的定義和能量守恒關(guān)系，可以得到下列關(guān)系式： （B2－7）比熱為： （B2－8）式中為準穩(wěn)態(tài)條件下試件中心面的溫升速率（進入準穩(wěn)態(tài)后各點的溫升速率是相同的）。由以上分析可以得到結(jié)論：只要在上述模型中測量出系統(tǒng)進入準穩(wěn)態(tài)后加熱面和中心面間的溫度差和中心面的溫升速率，即可由式（B2－6）和式（B2－8）得到待測材料的導熱系數(shù)和比熱。2. 熱電偶溫度傳感器熱電偶結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量準確度，測溫范圍為－50～16
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