大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量

1、.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量學(xué)院名稱：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：車輛工程151班學(xué)生姓名：吳倩萍學(xué)號(hào)：5902415034實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓D103實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第一周周三下午15：45開(kāi)始一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河梅€(wěn)態(tài)法測(cè)定金屬良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較。二、實(shí)驗(yàn)儀器：TC-3型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀、杜瓦瓶、游標(biāo)卡尺。三、實(shí)驗(yàn)原理：1882年法國(guó)數(shù)學(xué)、物理學(xué)家傅里葉給出了一個(gè)熱傳導(dǎo)的基本公式傅里葉導(dǎo)熱方程。該方程表明，取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為h、溫度分別為T1、T2的平行平面（設(shè)T1T2)，若平面面積均為S，在t時(shí)間內(nèi)通過(guò)面積S的熱量Q滿足下述表達(dá)

2、式：（8-2），式中為熱流量，為該物質(zhì)的熱導(dǎo)率（又稱作導(dǎo)熱系數(shù)）。在數(shù)值上等于相距單位長(zhǎng)度的兩平面的溫度相差1個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量，其單位是W/(mK)。本實(shí)驗(yàn)儀器如圖所示。在支架D上先放置散熱盤P，在散熱盤P的上面放上待測(cè)樣品B，再把帶發(fā)熱器的圓銅盤A放在B上，發(fā)熱器通電后，熱量從A盤傳到B盤，再傳到P盤，在樣品B上、下分別有一小孔，可用熱電偶測(cè)出其溫度T1和T2。由式（8-1）可以知道，單位時(shí)間通過(guò)待測(cè)樣品B任一圓截面的熱流量為2（8-2),式中RB為樣品半徑，hB為樣品上、下小孔之間的距離，當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，T1和T2的值不變，于是通過(guò)B盤上表面的熱流量與由銅盤P

3、向周圍散熱的速率相等，因此，可通過(guò)銅盤P在穩(wěn)定溫度T3時(shí)的散熱速率來(lái)求出熱流量。實(shí)驗(yàn)中，在讀得穩(wěn)定時(shí)的T1、T2和T3后，即可將B盤移去，而使A盤的底面與銅盤P直接接觸。當(dāng)銅盤P的溫度上升到高于穩(wěn)定時(shí)的值T3若干攝氏度后，再將圓盤A移開(kāi)，讓銅盤P自然冷卻，觀察其溫度T隨時(shí)間t的變化情況，然后由此求出銅盤在T3的冷卻速率，而（m為銅盤P的質(zhì)量，c為銅材的比熱容），就是銅盤P在溫度為T3時(shí)的散熱速率。但要注意，這樣求出的是銅盤的全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，其散熱表面積為2R2P+2RPhP（其中RP與hP分別為銅盤的半徑與厚度）。然而，在觀察測(cè)試樣品的穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，P盤的上表面（面積為R2P）是

4、被樣品覆蓋著的?？紤]到物體的冷卻速率與它的表面積成正比，則穩(wěn)態(tài)時(shí)銅盤散熱速率的表達(dá)式應(yīng)作如下修正（8-3）將式（8-3）帶入式（8-2），得（8-4）4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、先將兩塊樹(shù)脂圓環(huán)套在金屬圓筒兩端，并在金屬圓筒兩端涂上導(dǎo)熱硅膠，然后置于加熱盤A和散熱盤P之間，調(diào)節(jié)散熱盤P下方的三顆螺絲，使金屬圓筒與加熱盤A及散熱盤P緊密接觸。2、在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端插入杜瓦瓶中，熱端分別插入金屬圓筒側(cè)面上、下的小孔中，并分別將熱電偶的接線連接到導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的傳感器、上。3、接通電源，將加熱開(kāi)關(guān)置于高檔，放傳感器的溫度T1對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)約為3.5mV時(shí)，再將加熱開(kāi)關(guān)置于低檔，約40mi

5、n。4、待達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)（T1與T2的數(shù)值在10min內(nèi)的變化小于0.03mV），每隔2min記錄T1和T2的值。5、測(cè)量記錄散熱盤P的溫度T3。6、測(cè)量散熱盤P在穩(wěn)態(tài)值T2附近的散熱速率：移開(kāi)加熱盤A，先將兩側(cè)溫?zé)岫巳∠?，再將T2的測(cè)溫?zé)岫瞬迦肷岜PP的側(cè)面小孔，取下金屬圓筒，并使加熱盤A與散熱盤P直接接觸，當(dāng)散熱盤P的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)T3的值對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)約0.2mV時(shí)，再將加熱盤A移開(kāi)，讓散熱盤P自然冷卻，每隔30s記錄此時(shí)的U3值。7、用游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬圓筒的直徑和厚度，各5次。8、記錄散熱盤P的直徑、厚度、質(zhì)量。五、數(shù)據(jù)與結(jié)果：銅的比熱容：c=0.09197 calg-1-1銅盤質(zhì)量：m

6、=822 g 直徑：2RP=12.75 cm 厚度：hP=0.72 cm橡膠盤直徑：12.95 cm 厚度：0.8 cm鉛棒直徑：2RB=3.9 cm 長(zhǎng)度：hB=9.0 cm穩(wěn)態(tài)時(shí)T1、T2對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)的數(shù)據(jù)：序次12345平均值U1/mV2.072.082.072.062.072.07U2/mV1.721.721.731.711.721.72穩(wěn)態(tài)時(shí)T3對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)U3= 0.94 mV時(shí)間/s306090120U3/mV1.100.980.870.740.690.670.650.64散熱速率 0.002 mvs-1將數(shù)據(jù)代入公式 可得：=0.1793 calcm-1s-1-1 =0.75102 Js-1m-1K-1不確定度u=62.5六、誤差分析：1. 由于實(shí)驗(yàn)裝置接觸不夠緊密，散熱面積有所偏差等因素所造成； 2. 實(shí)驗(yàn)中所使用的鋁純度及雜質(zhì)未知； 3. 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，熱電偶的兩端