固体导热系数测定试验报告

1、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

2、为 h 的两个平面，其面积元为 D，温度分别为 T1和T2 ，则有dQ = dT dSdt 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， “”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/(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 hB ,上下表 面的面积各为 SB= RB2 ，维持上下表面有稳定的温度 T1和T2 ，这时通过样品的导热速率为dQdtT1 T2hB SB在稳定导热条件

3、下( T1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3 / 8可以通过铜盘 C 在稳定温度 T2 附近的散热速率t T2求出样品的导热速率dQdt在稳定传热时， C散热盘的外表面积 Rc2 +2Rchc，移去 A盘后， C盘的散热外 表面积 2 RC2 2 RC hC因为物体的散热速率与散热面积成正比，所以 dQdt 2 RC (RCRC (Rc 2hc) ?thc)RC 2hcQ ，?， 2(RC hC)t由比热容定义 Qtmc?dT dtmCU ?CCU ddTt ，U U dt所以， ddQt mCuRC2hcdT ，2(RC hC

4、 ) dt所以，mCU CCu hB (RC 2hC ) dT2RB2(RC hC )(T1 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=3.8 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

5、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， 为了提高效 率，可先将电源电压开关 K 拔至高档 220V

6、，开始加热，待T1 =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 T1 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 T1、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

7、.9g/cm2）表 2-19散热盘 P：质量 967.4g半径 Rp=1/2Dp=123455 / 8Dp（cm）12.89812.89812.89812.89812.898Hp（cm）0.8980.8980.8980.8980.898表 2-20橡胶盘：半径 Rb=1/2Db= cm12345Dp（cm）12.68212.68212.68212.68212.682Hp（cm）0.7260.7260.7260.7260.726表 2-21稳态是 T1，T2 的值（转换见附录 2 的分度表） T1=80.5 T2=56.912345Vt1(mV)4.5494.5444.5404.5374.534

8、Vt2(mV)3.2303.2273.2233.2213.218时间（秒）306090120150180210240T2( mV)3.7263.6573.6013.5473.4943.4423.3913.341温度65.464.263.262.361.360.459.558.72. 计算和相对误差由附表一，查到 2.27mV 对应 55.4， 2.20mV 对应 54. mCU CCu hB(RC 2hC) dTRB2 (RC hC )(T1 T2 ) dt55.4 5490 210=0.26360.9136 * 380 * 7.80(12.962 2*7.80)3.1415 * 12.962

9、 2 (12.962 7.80)(2.82 2.24)相对误差：hB2 RB124 hC3 RCC *100%=hBRB12hCRC0.020.040.010.010.080.062.8555%7.812.962.822.247.812.962实验中电压读数误差为12001mv，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T1 =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 T1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 T1、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，一定要先关掉电