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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑金属导热系数测量实验报告 南昌高校物理试验报告 课程名称： 高校物理试验 试验名称： 金属导热系数的测量 学院： 信息工程学院 专业班级： 自动化 153 班 同学姓名： 廖俊智 学号： 6101215073 试验地点： 基础试验大楼 座位号： 27 号 试验时间： 第七周星期四上午九点四十五开头 、试验目的: 用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较 。 、试验原理： 1 、傅里叶热传导方程 导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。 温度为 T 2 ，T i T 2 ，热量从上端流向下端。若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，
2、此时 虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必定相等（设侧面无热量散失），这时热 传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方 如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。由（ 1 ）式可知，加 测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传 热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及许多科学试验中 / 都有特别重要的应用。 图（一） 如图（一）所示。设一粗细匀称的圆柱体横截面积为 S ，高为 h 。经加热后，上端温度为 T 1 ，下端 Q 是 t 时间内流过导体截面的热量, S T 1 T 2 h (1) 学叫传
3、热速率。比例系数 就是材料的导热系数（热导率）， ）。在此式中， S 、 h 和 T 1 、T 2 简单测得，关键 是如何测得传热速率Q 。 2 、用稳态法间接测量传热速率 T i T 2 热盘的传热速率为Q S h 2 T 1 T 2 d 2 (T 1 T 2 ) 4h 单位是 如图三所示，把两种不同的金属丝彼此熔接，组成一个闭合回路。若两接点保持在不同的温度 下，则会产生温差电动势，回路中有电流。假如将回路断开（不在接点处），虽无电流，但在断开处有 电动势。这种金属导线组合体称为温差电偶或热电偶。在温度范围变化不大时热电偶产生的温差电动势 与两接点间的温度差成正比， （T T 。 ） ，
4、T o 为冷端温度，T 为热端温度， 叫温差电系数。 在本试验中，使用两对相同的铜一康铜热电偶， 相同，它们的冷端均放在浸入冰水混合物的细玻 璃管中，T o 也相同。当两个热端分别接触加热盘和散热盘时，可得样品上下表面的温度分别为： T i 1 T o ，T 2 2 T o ，所以 （6 ）式就是本试验所依据的公式。 d 和 h 分别为样品的直径和厚度， C 和 m 分别为散热铜盘的比热 和质量， i 和 2 分别为加热至稳态时通过热电偶测出的两个温差电动势 这样，式（ 5 ）可以写为 0.555 4Cmh d 2 ( 1 2 ) g t| (6 ) （由数字电压表读出） 为散热盘在 2 时的
5、冷却速率 三、试验仪器： 导热系数测定仪（ TC 3 ）、杜瓦瓶 四、试验内谷和步骤： （ 1 ）先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端 （见下图），并在金属圆筒两端涂上导热硅胶, 然后置于加热盘 A 和散热盘 P 之间，调整散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热 盘 A 及散热盘 P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，热端分别插入金属圆 筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的的接线连接到导热系数测定仪的传感器 I 、 II 上。 （ 3 ） 接通电源，将加热开关置于高档，当传感器 I 的温度 T i 约为 3.5mV 时，再将加热开 关置于低挡，约
6、40min 。 （ 4 ） 待达到稳态时（ T i 与 T 2 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV） ，每隔 2min 记录 T i 和 T 2的值。 4 0 0 Ji i J 测 1 表 o Q1 J O G 2 导蟻嚴数丹測 1 孟 g JI- （ 5 ） 测量散热盘 P 在稳态值 T2 四周的散热速率，移开加热盘 A ,先将两测温热端取下， 再将 T2 的测温热端插入散热盘 P 的侧面小孔，取下金属圆筒，并使加热盘 A 与散热盘 P 直接接触，当散热盘 P 的温度上升到高于稳态 T 2 的值约 0.2mV 左右时，再将加热盘 A 移 开，让散热盘 P 自然冷却，每隔 30s
7、 记录此时的 T 2 值。 （ 6 ）记录金属圆筒的直径和厚度、散热盘 P 的直径、厚度、质量。 五、试验数据与处理： C 铜 =0.09197cal cm 1 s -1 C ) 1cal=418.68W/mK 散热盘 p ： m=810g R p =6.385cm h p =0.71cm 金属铝圆筒：R B =1.95/cm h B =9.0/cm 表 1 稳态时 T 1 T 2 的数据： 序次 1 2 3 4 5 平均 T 1 /mV 1 2.73 2.73 2.73 2.71 2.71 2.722 T 2 /mV 2.52 2.53 2.54 2.53 2.54 2.532 稳态时 T
8、3 对应的热电势数据 U 3 2.46mV 表 2 散热速率： =0.0729 mV/s 时间 /s 30 60 90 120 150 180 210 240 T 2 /mV 2.67 P 2.58 P 2.51 2.43 2.35 2.28 2.22 : 2.16 mc T ( RP 2 h B ) h B ? 1 2 t ( 2 R P 2 h P )( T 2 ) R B 810 0.09197 0.0729 - (6.385 2 9.) 9.0 - - 1 _2 0.316cal cm 1 s 1 C 1 (2 6.385 2 0.71) (2.722-2.532) 95 132.30
9、W/mK 铝的热导率的理论值为 2.0 x 10 2 (J s -1 m 1 K 1 ) 六、误差分析： 1 、 试验中铝并不是纯铝，存在杂质，而纯度及杂质未知。 2 、 树脂圆环与加热盘和散热盘不能紧密接触。 3 、 在试验过程中发觉，热电偶的两端在插入时深浅对试验有肯定的影响，过程中无法保持在同一深度， 故测量的数据可能存在偏差。 4 、试验过程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物对试验有肯定的影响 七、 思索题： 1. 在测量散热盘 P 的散热速率 T 时，为什么要测在稳态值 T3 四周的T ？ t t 答：在稳态时，散热速率铝棒和铜盘的相等，测得铜盘的即可得出铝棒的散热速率。 八、 附上原始数据 第 1 页 共 1 页
