金属导热系数测量实验报告.docx

金属导热系数测量实验报告 姓名：陈岩松 学号：5501215012 学院：高等研究院班级：15级本硕实验班一、实验目的：1.掌握稳态法测定金属良导热体的导热系数。2.了解物体散热速率和传热速率的关系。3.理解温差热电偶特性。二、实验原理：根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1T2），若平面面积均为S，在时间内通过面积S的热量免租下述表达式： （1）式中，为热流量；即为该物质的导热系数，在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入金属圆筒边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为 (2)式中，为样品的半径，为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变，通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时T1和T2后，即可将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T2的冷却速率,而,就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这样求出的是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正： （3）将式（3）代入（2），得 三、实验仪器： TC-3导热系数测定仪、杜瓦瓶四、实验内容和步骤：（1） 先将两块橡胶盘套在金属圆通的两端，然后置于加热盘A和散热盘P之间，调节散热盘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） 在杜瓦瓶中放入自来水，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，大约加热90分钟后，传感器的读数不再上升时，说明已达到稳态，开始计时，每隔2分钟记录UT1和UT2的值。（4） 测量散热盘在稳态值T3附近的散热速率。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P盘的温度上升到高于稳态值VT3值的电势约0.2mV时，再将铜盘A移开，让铜盘P自然冷却，每隔30秒记录此时的T2值。（5） 记录散热盘P的直径、厚度、质量和金属圆筒的直径、长度。5、 实验数据记录和处理铜的比热 铜盘质量铜盘直径D=12.76cm （） 铜盘厚度0.72cm橡胶盘直径12.95cm 橡胶盘厚度0.8cm铝棒直径3.9cm（） 铝棒长度9.0cm（）达到稳态后测量的数据如下序次12345平均值U1/m V2.322.332.352.362.372.35U2/m V2.102.122.132.142.152.13稳态时T3对应的U3=2.20mV时间/s306090120150180210240270300U3/m V2.282.222.152.082.021.961.901.841.791.74画出电势时间图像如下则散热速为=-k=0.002由记录的以下数据6、 误差分析1. 读数存在误差，并且可能并没有达到稳态就开始读数记录。2. 实验室空气流动造成少量热量散失。3. 没有做到金属圆通与散热加热盘紧密接触，对实验影响较大。七、思考题：（1）稳态法测导热系数稳态是什么？怎样判断是否达到稳态？ 答：稳态是指热量传导时传热等于散热,金属处于温度不变的动态平衡的稳定状态。T1与的数值在10min内的变化小于0.03mV，表明已经达到稳态。（2）阐述热电偶测量温度的原理？ 答：热电偶测温的基本原理是热电效应。把任意两种性质不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，在回路中就会产生热电动势，形成热电流，这就是热电效应。 (3)实验中时测传热速率还是测散热速率？ 答：散热速率(4)热电偶测量温度是通过热电势与温度的关系得到温度值，本实验中为什么不