热导系数的测量-实验报告

1、中国舟季技E大拳University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The Peoples Republic of China热导系数的测量李方勇PB05210284 0510 第29组2号（周五下午）2006.11.07实验题目热导系数的测量实验目的了解传导现象的物理过程，学习用稳定平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求 冷却速率。实验仪器不良导体的导热系数的测定装置，散热铜盘，待测样品，杜瓦瓶。图5 1不良导体的导热系数的测定装置实验原理导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温

2、流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于 温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率：坦= 4s,八dt dx（1）不良导体导热系数的测量厚度为h、截面面积为S的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。热量dQdt由加热盘传入。两面高低温度恒定为T1和T2时，传热速率为（2）由于传热速率很难测量，但当T1和T2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热 量。铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上 下表面以及侧面放热。物体的散热速率应与它们的散热面积成正比， dQ _ nR（R + 2h） dQ TOC o 1-5 h z dt

3、一兀R（2 R + 2h ） dt牛、式中节为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有dQ，dT（4）（5）（6）=mc didtdQ kR（R + 2h） dT -f mc dt kRV2 R + 2h ） dtdT - ）（R + h ） dt入m铜c铜hB（R + 2h ）2 兀 R*（T-T实验内容观察和认识热传现象、过程及其规律。（1）自拟数据表格，用卡尺测量铜盘A和样品B的厚度及直径。多次测量求平均值及误差。（2）熟悉各仪器的使用方法，并连接好仪器。（3）连通调压器电源，将电压打倒220V档（注：本人使用的2号台仪器），等到T1上升到 40mV后，把电压打倒110V档，切换电压使T

4、1和T2达到稳态，记录稳态下的T1和 T2值。随后移去样品B，让散热A盘和传热筒直接接触，加热，使T2升高0.4mV，断 开电压，移去传热筒C，让A自然冷却，每隔30s记一次T2值，选择最接近稳态T2 值前后的各6各数据。 用逐差法求出铜盘A的冷却速率dT/dt，并由公式（6）求出样品的导热系数入=0.379 用方程回归线法进行线性拟合，求解冷却速率dT/dt及其误差，将结果代入式（6），计 算样品的导热系数及其不确定度。实验数据见另上交的纸质原始数据数据处理及分析评定实验结果的不确定度1 .平均值mean及A类不确定度Ua由Origin处理而得u = k仪，A =0.02mm，C = :3，

5、k = 1B 0.683 C 仪，0.683u =顼2 + 2 , p = 0.68表5 1 A和B的规格123meanUaUbUhA(mm)7.006.986.966.980.0110.0120.016DA(mm)129.82129.82129.82129.8200.0120.012hB(mm)7.988.028.008.000.0110.0120.016DB(mm)129.62129.66129.60129.630.0170.0120.021m 铜=806.5g2.求解冷却速率dT/dt及其误差表52自然冷却速率Time(s)306090120150180T(mV)3.193.153.11

6、3.073.032.98Time(s)210240270300330360T(mV)2.942.902.862.822.772.72(1)用逐差法求dT/dtAt = t -1 (5)180180180180180180AT = T 6 - T (mV)0.250.250.250.250.260.26瓦=1805AT = 0.253伸dT AT=1.407 x 10-3mV - 5-idtAt求解冷却速率dT/dt及其误差2 1 330 9 8 322- _ O 722200250300350400Time(s)(2)用方程回归线法进行线性拟合，图52 T-t图2006-11-7 20:37

7、/Graphl (2454046)Linear Regression for Data3_B:Y = A + B * XParameter Value ErrorA3.237690.00273B-0.001421.14776E-5RSD NP-0.999640.0046512 0.0001dT 一=B = 0.00142mV - s-i dt数字仪表读数，显示稳定，所以fI dt)=1.1x 10-5mV - s-1dT一 = (1.42 土 0.01)x 10-3mV - s-1 dtdT比较两种方法测得的丁dtdT,dt-(dT.dt)|5 =x100% = 0.91%dT dt相对误差较

8、小，说明测得数据比较合理2.求热导系数及不确定度稳态时 T2-T1=(3.67-2.96)mV=0.71mVm 铜= 806.5g,C 铜= 0.3709J/(gk)dT一 =(1.42 土 0.01)x 10-3mV - s-1 dt汽 m c h (R + 2h ) dT:.入=铜_a_一 = 1.971 x 10-3W - m-1 - K-12 兀 RT - T) (RA + h? dt. m c h（R + 2h ） dT11，一 ，一/5 InA=In铜铜 b a（一2rR2（T T）（R +h ） dtB 12 A A=lnTiC铜+lnh +ln（R + 2h ）2lnR ln（R + h ）+ln.dTA B A A dtuu I u 、 uuu4 + r 妇）、+2 占 R+ 四）R+ （RA+hA +（R + h ）dTdtdTdtA2i 2u+2ha + 2h+22+luRRBuR +h+h=4x106W mi K-i, P=0.68.A = （1.971土 0.004）x10-3W m-1 K-1实验结果dT一 =(1.42 土 0.01)x 10-3mk s-1dt.A = (1.971土 0.004)x10