Як виміряти теплопровідність металів

Теплопровідність - один з головних показників властивостей матеріалу, він виражається кількістю тепла, що проходить через стінку товщиною 1 м і площею 1 м2 за одну годину при різниці температур на протилежних поверхнях стінки в 1 градус.

Метод вимірювання

Схема приладу включає в себе два металевих масивних блоку. Пластину досліджуваного матеріалу і контактує з нею тепломір встановлюють між двома блоками з однаковою теплопровідністю, при цьому верхній нагрівають. Після виключення нагрівача між блоками встановлюється тепловий потік, близький до стаціонарного. Його вимірюють за допомогою тепломіра.

Якщо теплова ізоляція блоків, бічних поверхні зразка і тепломіра ідеальна, через них проходить однаковий тепловий потік. У реальних умовах температура блоків змінюється через перетікання тепла через зразок. Кільцева прошарок між поверхнями блоків і зразком може бути заповнена повітрям або теплоізоляцією, наприклад, пінопластом або поролоном.

Оцінка похибки вимірювання теплопровідності проводиться з урахуванням теплообміну зразка з середовищем. Потік розсіювання з бічної поверхні зразка може бути визначений як алгебраїчна сума потоків до верхньої, нижньої і торцевої поверхонь кільцевої прошарку.

При певному співвідношенні розмірів зразка і блоків потік розсіювання є наслідком несиметричності теплообміну бічній поверхні зразка з торцевими частинами кільцевої прошарку. Похибка вимірювання при цьому не залежить від теплового опору досліджуваного матеріалу, вона визначається тільки геометричними розмірами використовуваного калориметра.

Конструкція приладу для вимірювання теплопровідності металу

До корпусу приладу, що складається з двох поперечних рам, приєднують верхню плиту, а а також обшивки з тонкої листової сталі і відкидну панель. На верхній плиті встановлений калориметр, що відкривається за допомогою підйомного механізму. Усередині корпусу приладу знаходиться трансформатор з блоком холодних спаїв.

Поруч з контактною поверхнею розташована термопара, покрита епоксидною смолою. Вона виводиться спочатку вгору по блоку, потім до блоку холодних спаїв через порожнисту штангу. У нижньому блоці встановлений тепломір, що складається з контактної мідної пластини і робочого шару з епоксидної смоли. У першому блоці знаходиться спіральний нагрівач, виведений на передню колодку на торці.

Сполучені диференційно термопари призначені для вимірювання перепаду температури на зразку. По висоті вони можуть переміщатися в межах декількох міліметрів. Перед вимірюванням контактні поверхні блоків і зразка протирають спиртом або бензином, а потім змащують тонким шаром масла.