大学物理实验报告-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：学02415034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、t2的平行平面(设ti>t，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： sth thq(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/(m k)。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-qrb2（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，

3、ti 和t2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 工。实验中，在读得稳定时的 、t2和丁3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ttt2mc ttt2 二丁3的冷却速率t ,而 t t （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%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

4、2 tr2p+2 jrphp（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q t （ r2 2 rphp） mc2铜盘散热速率的表达式应作如下修正t t （2 rp 2 %）（8-3）mc-咐一, 将式（8-3）带入式（8-2）,得 t （2rp 2hp）（t1 t2）rb（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导两上热硅胶，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

5、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，并分别将热电偶的接线连 接到导热系数测定仪的传感器i、 h上。3、接通电源，将加热开关置于高档，放传感器i的温度ti对应的热电势约为3.5mv时，再将加热开关置于低档，约 40min。4、待达到稳态时（t1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的温度丁3。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

6、，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 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=0.09197 cal- g-1 c-1厚度：hp=0.72 cm厚度：0.8 cm长度：hb=9.0 cm铜盘质量：m=822 g 直径：2%=12.75 cm橡胶盘直径：12.95 cm铅棒直径：2rb=3.9 cm稳态时tt2对应的热电势的数据:序次12345平均值udmv2.072.082.072.062.072.07u2/mv1.721.

7、721.731.711.721.72稳态时t3对应的热电势u3=幽mv时间/s306090120150180210240u3/mv1.100.980.870.740.690.670.650.64u散热速率/0.002 mv s-1冷却速率图1.2 1.1«1x.0.90.8t (rp 2hp) hb 1 mc-2将数据代入公式t (2rp 2hp)(t1 t2)rb可得：斤0.1793 ca卜 cm" s-1 c-1=0.75x 102 j- s-1 - m-1 - k-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