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固体导热系数测定实验报告

发布时间：2019-01-05 16:24:48 来源：文档文库

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学生物理实验报告

实验名称固体导热系数的测定

学院专业班级

报告人学号

同组人学号

理论课任课教师

实验课指导教师

实验日期

报告日期

实验成绩

批改日期

实验目的

用稳态法测出不良导热体的导热系数,并与理论值进行比较.

实验仪器

1. 数字毫伏表

一般量程为20mV。3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。

2. 导热系数测量仪

一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，

散热盘参数

实验原理

傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。他指出，当物体的内部有温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。如果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此相距为h的两个平面，其面积元为D，温度分别为，则有

=–

式中为导热速率，为与面积元dS相垂直方向的温度梯度，“—”表示热量由高温区域传向低温区域，即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为W/(m·K)，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。

如图所示，A、C是传热盘和散热盘，B为样品盘，设样品盘的厚度为,上下表面的面积

各为=，维持上下表面有稳定的温度，这时通过样品的导热速率为

=–

在稳定导热条件下（值恒定不变）

可以认为：通过待测样品B的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则可以通过铜盘C在稳定温度附近的散热速率，求出样品的导热速率。

在稳定传热时，C散热盘的外表面积πRc2 +2πRchc，移去A盘后，C盘的散热外表面积

因为物体的散热速率与散热面积成正比，

所以，

由比热容定义，

所以，，

所以，

实验步骤

1. 用物理天平称出散热盘（铜盘）P的质量m，单次测量，其比热容：C=3.8×102J/kg·ºC。

2. 用游标卡尺分别测出样品盘（橡皮）B铜盘P的直径和厚度h各测六次，然后取平均值。

3. 联线。如实验装置图4-9-1所示，发热盘A和散热盘P的侧面都有供安插热电偶的小孔，放置仪器时，此两孔都应与杜瓦瓶在同一侧。以免线路错乱。将橡皮样品B放入发热盘A与散热盘C之间，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测量端与铜盘接触良好。将一对热电偶的热端（红线端）插入到发热盘A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。另一对热电偶的热端插入到散热盘C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。它们的输出端分别接在控制面板上的“测1”、“测2”插孔中，通过“测1”、“测2”转换开关接到数字电压表上。mv表输出端短路，调节的调零旋钮，调零、FD—FP2—II型导热系数电压表并与导热系数测量仪联接。

4. 根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出、T2温度。

移去B盘，使A、C盘直接接触，使C盘温度升高0.4mV，每隔30秒记一次，作图。

实验数据与结果

（1）实验数据记录（通的比热c=0.09197/g。C,比重8.9g/cm^2）

表2-19

散热盘P：质量967.4g 半径Rp=1/2Dp=

	1	2	3	4	5
Dp（cm）	12.898	12.898	12.898	12.898	12.898
Hp（cm）	0.898	0.898	0.898	0.898	0.898

表2-20

橡胶盘：半径Rb=1/2Db= cm

	1	2	3	4	5
Dp（cm）	12.682	12.682	12.682	12.682	12.682
Hp（cm）	0.726	0.726	0.726	0.726	0.726

表2-21

稳态是T1，T2的值（转换见附录2的分度表）T1=80.5 T2=56.9

	1	2	3	4	5
Vt1(mV)	4.549	4.544	4.540	4.537	4.534
Vt2(mV)	3.230	3.227	3.223	3.221	3.218

时间（秒）	30	60	90	120	150	180	210	240
T2（mV）	3.726	3.657	3.601	3.547	3.494	3.442	3.391	3.341
温度	65.4	64.2	63.2	62.3	61.3	60.4	59.5	58.7

2. 计算λ和相对误差。

由附表一，查到2.27mV对应55.4℃，2.20mV对应54℃.

=0.2636

相对误差：

*100%=

实验中电压读数误差为，游标卡尺的测量误差为0.02mm。

实验结果分析

1. 手动控制稳态时，要使温度稳定约1个小时左右；为缩短时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出、T2温度。（可直接以电动势值代表温度值）