大学物理试验报告-金属导热系数的测量

1、大学物理实验报告课程名称:大学物理实验实验名称：金属导热系数的测量学院名称：机电工程学院专业班级：车辆工程151班学生姓名：吴倩萍学号：5902415034实验地点：基础实验大楼D103实验时间：第一周周三下午15:45开始一、实验目的：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。二、实验仪器：TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺。三、实验原理：1882年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的基本公式一一傅里叶导热方程。该方程表明，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为Ti、T2的平行平面(设Ti>TJ,若平面面积均为S,在？t时间内通过面积S的热量？Q

2、满足下述表达式：詈Q(8-2),式中&为热流量，入为该物质的热导率(又称作导热系数)。入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W/(mK)。本实验仪器如图所示。在支架D上先放置散热盘巳在散热盘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，在样品B上、下分别有一小孔，可用热电偶测出其温度Ti和丁2。由式(8-1)可以知道，单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为也=九U工兀RB2(8-2)式中Rb为样品半thB径，hB为样品上、下小孔之间的距离，当热传导达到稳定状态时，Ti和T

3、2的值不变，于是通过B盘上表面的热流量与由铜盘P向周围散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T3时的散热速率来Q求出热流量自。实验中，在读得稳定时的T1、丁2和T3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值T3若干摄氏度后，再将圆盘A移开，让铜盘P自然冷却，观察其温度T随时间t的变化情况，然后由此求出铜盘在.T.TQTj2mcTT2T3的冷却速率&，而At&（m为铜盘P的质量，c为铜材的比热容），就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这.T样求出的二是铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为2tR2p+2jR

4、php（其中RP与hP分别为铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，P盘的上表面（面积为兀R2P）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时=mc铜盘散热速率的表达式应作如下修正.T(二R22二RPhP)t(2二Rp2二RPhP)(8-3)将式（8-3）带入式（8-2）,得，二mc三(Rp2”.工t(2Rp2hp)(T-T2)二R2(8-4)四、实验内容:1、先将块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂两热硅胶，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、在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的

5、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、H上。T1对应的热3、接通电源，将加热开关置于高档，放传感器I的温度电势约为3.5mV时，再将加热开关置于低档，约40min4、待达到稳态时（丁1与丁2的数值在10min内的变化小于0.03mS,每隔2min记录和T2的值5、测量记录散热盘P的温度T3。6、测量散热盘P在稳态值T2附近的散热速率：移开加热盘A,先将两侧温热端取下，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T3的值对应的热电势约0.2mV时，再将

6、加热盘A移开，让散热盘P自然冷却，每隔30s记录此时的U3值。7、用游标卡尺测量金属圆筒的直径和厚度，各5次8、记录散热盘P的直径、厚度、质量。五、数据与结果：铜的比热容：c=0.09197ca卜g-1-1厚度：hP=0.72cm厚度：0.8cm长度：hB=9.0cm铜盘质量：m=822g直径：20=12.75cm橡胶盘直径：12.95cm铅棒直径：2RB=3.9cm稳态时、T2对应的热电势的数据:序次12345平均值UdmV2.072.082.072.062.072.07U2/mV1.721.721.731.711.721.72稳态时T3对应的热电势U3=0J4mV时间/s306090120

7、150180210240UJmV1.100.980.870.740.690.670.650.64卫散热速率:一0.002mvs-1冷却速率图T（Rp2hp）hB1,二mc2将数据代入公式出（2Rp+2hp）diF）叭可得：斤0.1793caffcm-1s-1C-1=0.75X102J61m-1K-1不确定度u=62.5%六、误差分析：1 .由于实验装置接触不够紧密，散热面积有所偏差等因素所造成；2 .实验中所使用的铝纯度及杂质未知；3 .在实验过程中发现，热电偶的两端在插入时深浅对实验有一定的影响，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 .对于竺的计算方式上，可能存在偏差，分析如下：T未必满足线t性关系，故使得计算上存在误差。七、附上原始数据：e学生姓名：-I南昌大学物理卖脸