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    金属导热系数测量实验报告

    时间：2020-10-17 12:32:32 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：导热 系数 测量

    　南昌大学物理实验报告 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：

    　信息工程学院 专业班级：

    　自动化 153 班 学生姓名：

    　廖俊智 学号：

    　6101215073 实验地点：

    　基础实验大楼 座位号：

    　27 号 实验时间：

    　第七周星期四上午九点四十五开始

    　、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 。

    　、实验原理：

    　1 、傅里叶热传导方程 导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。

    　 温度为 T 2 ，T i T 2 ，热量从上端流向下端。若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时 虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热 传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方

    　 如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。由（ 1 ）式可知，加 测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传 热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中 // 都有非常重要的应用。

    　图（一）

    　如图（一）所示。设一粗细均匀的圆柱体横截面积为 S ，高为 h 。经加热后，上端温度为 T 1 ，下端 Q 是 t 时间内流过导体截面的热量, S T 1 T 2 h (1) 学叫传热速率。比例系数 就是材料的导热系数（热导率）， ）。在此式中， S 、 h 和 T 1 、T 2 容易测得，关键 是如何测得传热速率Q 。

    　2 、用稳态法间接测量传热速率 T i T 2 热盘的传热速率为Q S

    　h 2 T 1 T 2 d 2 (T 1 T 2 ) 4h 单位是

    　如图三所示，把两种不同的金属丝彼此熔接，组成一个闭合回路。若两接点保持在不同的温度 下，则会产生温差电动势，回路中有电流。如果将回路断开（不在接点处），虽无电流，但在断开处有 电动势。这种金属导线组合体称为温差电偶或热电偶。在温度范围变化不大时热电偶产生的温差电动势 与两接点间的温度差成正比， （T T 。

    　）

    　， T o 为冷端温度，T 为热端温度， 叫温差电系数。

    　在本实验中，使用两对相同的铜一康铜热电偶， 相同，它们的冷端均放在浸入冰水混合物的细玻 璃管中，T o 也相同。当两个热端分别接触加热盘和散热盘时，可得样品上下表面的温度分别为：

    　T i 1

    　T o ，T 2 2

    　T o ，所以

    　（6 ）式就是本实验所依据的公式。

    　d 和 h 分别为样品的直径和厚度， C 和 m 分别为散热铜盘的比热 和质量， i 和 2 分别为加热至稳态时通过热电偶测出的两个温差电动势

    　 这样，式（ 5 ）可以写为 0.555 4Cmh d 2 ( 1 2 ) g

    　t| (6 ) （由数字电压表读出）

    　为散热盘在 2 时的冷却速率

    　三、实验仪器：

    　导热系数测定仪（ TC — 3 ）、杜瓦瓶 四、实验内谷和步骤：

    　（ 1 ）先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端 （见下图），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，并分别将热电偶的的接线连接到导热系数测定仪的传感器 I 、 II 上。

    　（ 3 ）

    　接通电源，将加热开关置于高档，当传感器 I 的温度 T i 约为 3.5mV 时，再将加热开 关置于低挡，约 40min 。

    　（ 4 ）

    　待达到稳态时（ T i 与 T 2 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV）

    　，每隔 2min 记录 T i 和 T 2的值。

    　4 0 0 Ji" i J 测 1 表 o Q1 J O G 2 导蟻嚴数丹測 1

    　孟 g JI- ■■

    　（ 5 ）

    　测量散热盘 P 在稳态值 T2 附近的散热速率，移开加热盘 A ,先将两测温热端取下，

    　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 T 2 的值约 0.2mV 左右时，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 T 2 值。

    　（ 6 ）记录金属圆筒的直径和厚度、散热盘 P 的直径、厚度、质量。

    　五、实验数据与处理：

    　C 铜 =0.09197cal cm 1

    　s -1

    　C ) 1cal=418.68W/mK 散热盘 p ：

    　m=810g R p =6.385cm h p

    　=0.71cm 金属铝圆筒：R B =1.95/cm h B

    　=9.0/cm 表 1 稳态时 T 1 T 2 的数据：

    　序次 1 2 3 4 5 平均 T 1 /mV 1 2.73 2.73 2.73 2.71 2.71 2.722 T 2 /mV 2.52 2.53 2.54 2.53 2.54 2.532 稳态时 T 3 对应的热电势数据 U 3 2.46mV 表 2 散热速率：

    　=0.0729 mV/s

    　时间 /s 30 60 90 120 150 180 210 240 T 2 /mV 2.67 P 2.58 P 2.51 「 2.43 2.35 2.28 2.22 : 2.16 mc T ( RP

    　2 h B ) h B ? 1 2 t ( 2 R P

    　2 h P )(「 T 2 )

    　R B 810 0.09197 0.0729

    　-------------- (6.385 2

    　9.°) 9.0 ------------------

    　 -------- 1 _2

    　0.316cal cm 1

    　s 1

    　C 1

    　(2 6.385 2 0.71) (2.722-2.532) 〔 95 132.30W/mK 铝的热导率的理论值为 2.0 x 10 2

    　(J • s -1

    　• m 1

    　• K 1 ) 六、误差分析：

    　1 、 实验中铝并不是纯铝，存在杂质，而纯度及杂质未知。

    　2 、 树脂圆环与加热盘和散热盘不能紧密接触。

    　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 、试验过程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物对实验有一定的影响 七、 思考题：

    　1. 在测量散热盘 P 的散热速率 T 时，为什么要测在稳态值 T3 附近的T

    　？ t t 答：在稳态时，散热速率铝棒和铜盘的相等，测得铜盘的即可得出铝棒的散热速率。

    　八、 附上原始数据

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