大学物理实验报告-金属导热系数的测量.doc

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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——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T1、T2的平行平面（设T1>T2)，若平面面积均为S，在∆t时间

2、内通过面积S的热量∆Q满足下述表达式：（8-2），式中为热流量，λ为该物质的热导率（又称作导热系数）。λ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P，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T1和T2。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2（8-2),式中RB为样品半径，hB为样品上、下小孔之间的距离，当热传导达到稳

3、定状态时，T1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时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的T1、T2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T3的冷却速率，而（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2πR2P+2πRPhP（其中RP

4、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πR2P）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，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正（8-3）将式（8-3）带入式（8-2），得（8-4）四、实验内容：1、先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂上导热硅胶，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

5、器Ⅰ、Ⅱ上。3、接通电源，将加热开关置于高档，放传感器Ⅰ的温度T1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T2的数值在10min内的变化小于0.03mV），每隔2min记录T1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

6、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=0.09197cal·g-1·℃-1铜盘质量：m=822g直径：2RP=12.75cm厚度：hP=0.72cm橡胶盘直径：12.95cm厚度：0.8cm铅棒直径：2RB=3.9cm长度：hB=9.0cm稳态时T1、T2对应的热电势的数据：序次12345平均值U1/mV2.072.082.072.062.072.07U2/mV1.721.721.731.711.721.72稳态时T3对应的热电势U3=0.94mV时间/s306090120150180210240

7、U3/mV1.100.980.870.740.690.670.650.64散热速率0.002mv·s-1将数据代入公式可得：λ=0.1793cal·cm-1·s-1·℃-1=0.75×102J·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.对于的计算方式上，可能存在偏差，分析如下：T未必满足线性关系，故使得计算上存在误差。七