[小学]导热系数的测量实验报告

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1、导热系数的测量【实验目的】用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。【实验仪器】导热系数测定仪、铜•康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤（公用）、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块【实验原理】根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为IYT2的平行平面（设T!>T2）,若平面面积均为S,在At时间内通过面积S的热量免租下述表达式：些=屈⑺_爲）（3-26-1）AZh式中，竺为热流量；久即为该物质的导热系数，2在数值上等于相距单位长度&的两平而的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位而积

2、的热量，其单位是W/（m•K）oA0Ar在支架上先放上圆铜盘P，在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，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表而的温度T】、T2,TbT2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物屮，通过“传感器切换”开关G,切换A、P盘屮的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为(3-26-2)式中，Rb为样品的半径，hB为样品的丿孚度。当热传导达到稳定状态时

3、，Ti和T?的值不变，遇事通过B盘上表而的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量鲤。实验屮，在读得稳定时Ti和T2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T2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T2的冷却速率纠Aft=t,£,而me—Ar，就是铜盘P在温度为T2时的散热速率。但要注意,这样求出的AT是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为2冰；+2冰咖。然而，在观察测量样品的稳态传

4、热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为:加?；+2欣/叮考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正:QAT=meArArt=t2(ttR；+2/iRphp)(2冰；+2欣php)(3-26-3)将式(3-26-3)代入(3-26-2),得(3-26-4)°T(Rp+2hWb1Z=merMt=t2(2心+2力卩)(7*]-匚)欣5【实验内容】1、测量P盘和待测样品的直径、厚度，测P盘的质量。要求:（1）用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测5次。（2）用游标

5、卡尺测量P盘的直径和厚度，测5次，按平均值计算P盘的质量。（3）用电子秤称出P盘的质量、2、不良导体导热系数的测量（1）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热盘A放在样品盘B上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表而与发热盘和散热盘紧密接触。（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，将热电偶的热端分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔屮，并分别将其插入加热盘A和散热盘P的热电偶接线，连接到仪器面板的传感器I、II上。分别用专用导线将仪器机箱后的接头和加热组件I员I铝板上的插座间加以连接。（3）接通

6、电源，在“温度控制”仪表上设置加热的上限温度。将加热选择开关由“断”打向“1-3”任意一档，此吋指示灯亮，当打向3档吋，加温速度最快（4）大约加热40分钟后，传感器I、II的读数不再上升时，说明已达到稳态,每隔5分钟记录％和Vt2的值（5）在实验中，如果需要掌握用直流电位差计和热电偶来测量温度的内容，可将“窗期切换”开关转至“外接”，在“外接”两接线柱上接上UJ36a型直流电位差计的“未知”端，即可测量散热铜盘上热电偶在温度变化时所产生的电势弟。（6）测量散热盘在稳态值T2附近的散热速率［詈｝移开铜盘A,取下橡胶盘,并使铜盘A的底部与铜盘P直接接触，当

7、P盘的温度上升到高于稳态值VT2值若干度后，再将铜盘A移开，让铜盘P自然冷却，每隔30秒记录此吋的T2值。根据测量值计算出散热速率鲤。Ar【数据记录及处理】1、铜的比热容c=393J/(kg-°C)散热盘P：质量m二909.2g半径Rp=

8、d,,=6.5176cm12345Dp/cm13.12013.01212.99013.02413.030Hp/cm0.7780.7700.7720.7700.768橡胶盘：半径Rb十厂6.4972cm12345Db/cm12.90613.02013.02012.93413.092hB/cm0.8040.8020.80

9、60.8000.810稳态时Ti、T2的值，Ti二3.08T2=1.7312345Vti3.0