固体导热系数测定实验报告

1、1 / 8 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2 / 8 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 3 / 8 实验原理 傅里叶在研究了固体的热传定律后

2、，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 Ti和 T2，则有 dQ=- dTdS dt dx 式中 dQ 为导热速率，dT为与面积元 ds 相垂直方向的温度梯度，“一”表示热量由高 dt dx 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/(mK)，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 hB,上下表 面的面积 各为SB=

3、RB，维持上下表面有稳定的温度 和T2，这时通过样品的导热速率为 在稳定导热条件下(和 T2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 dQ dt Ti T2 Q hB SB 4 / 8 在稳定传热时，C散热盘的外表面积n Rc2 +2 n Rchc，移去A盘后，C盘的散热外 表面积2 R2 2 RC hC 因为物体的散热速率与散热面积成正比， mCU CCu hB (RC 2hC ) dT 2 RB(RC he)(Ti T2) dt 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=3.8X 102J/kg o 2. 用

4、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，可以通过铜盘C在稳定温度 T2附近的散热速率 求出样品的导热速率 dQ dt 所以dQ dt 2 Re (Re Re(Rc 2hc) ? ? t hc) RC 2h Q - ， 2(Re he) t 由比热容定义Q mc?dT dt meu ?Ceu ， 所以，:meu dT 2(RC h

5、e) dt Re 2hc 所以, 5 / 8 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 FP2II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

6、提高效 率，可先将电源电压开关K拔至咼档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 T,读数变化在土 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 Ti、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

7、8.9g/cmA2） 表 2-19 散热盘 P:质量 967.4g 半径 Rp=1/2Dp= 6 / 8 1 2 3 4 5 7 / 8 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 二 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

8、度表）T 仁 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 8 / 8 2. 计算入和相对误差 由附表一，查到 2.27mV对应554C, 2.20mV对应54C . mcUC

9、cu hB(Rc 2hc) dT RB(RC hc)(Ti T2) dt 0.9136 * 380 * 7.80(12.962 2*7.80) 3.1415* 12.9622(12.962 7.80)(2.82 2.24) 相对误差: hB 2 RB 1 2 4 he 3 Re -*100%= hB RB 1 2 he Re 0.02 0.04 0.01 0.01 0.08 0.06 2.8555% 7.8 12.96 2.82 2.24 7.8 12.962 实验中电压读数误差为 1 2 0 01mv ，游标卡尺的测量误差为0.02mm 55.4 54 90 210 =0.2636 9 /

10、8 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 T, =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 T,读数变化在土 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 、 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 Ti、T2温度。 （可直接以电动势值代表温度值） 2. 为使系统周围环境保持不变，风扇一直开着。 3. 在测试C的散热速率，取走试样B之前