温度与热导率的测量
摘要:第一部分:动态法测定良导体的热导率【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,加强对波动理论的理解。【实验仪器与用具】仪器主机由用绝热材料紧裹侧表面的圆棒状样品(本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1。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T0恒定,以防止整个棒温起伏,用冷却水冷却。本实验仪器结构框图见图2,该仪器包括样品单元,控制单元和记录单元三大部分。本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。【实验原理】为使问题简化,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3.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dT其中k为待测材料的热导率,A为截面积,文中dx是温度对坐标x的梯度。将式(1)两边对坐标取微分有根据能量守恒定律,任一时刻棒元的热平衡方程为其中C,ρ分别为材料的比热容与密度,由此可得热流方程k其中D=Cρ,称为热扩散系数。式(4)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,即另一端用冷水冷却,保持恒定低温T0,则式(5)的解也
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