金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測量實驗報告

1、精品文檔南昌大學(xué)物理實驗報告課程名稱：大學(xué)物理實驗實驗名稱：金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測量學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級：自動化 153 班學(xué)生姓名：廖俊智學(xué)號：6101215073實驗地點：基礎(chǔ)實驗大樓座位號：27 號實驗時間：第七周星期四上午九點四十五開始.精品文檔一、實驗?zāi)康模河梅€(wěn)態(tài)法測定金屬良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進行比較。二、實驗原理：1、傅里葉熱傳導(dǎo)方程導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)在設(shè)計和制造加熱器、散熱器、傳熱管道、冰箱、節(jié)能房屋等工程技術(shù)及很多科學(xué)實驗中都有非常重要的應(yīng)用。如圖（一）所示。設(shè)一粗細均勻的圓柱體橫截面積為S ，高為 h 。經(jīng)加熱后，上端溫

2、度為T1 ，下端溫度為 T2 ， T1T2 ，熱量從上端流向下端。若加熱一段時間后，內(nèi)部各個截面處的溫度達到恒定，此時雖然各個截面的溫度不等，但相同的時間內(nèi)流過各截面的熱量必然相等（設(shè)側(cè)面無熱量散失），這時熱傳遞達到動態(tài)平衡，整個導(dǎo)體呈熱穩(wěn)定狀態(tài)。法國數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家傅里葉給出了此狀態(tài)下的熱傳遞方程QS T1T2（1）thQ 是 t 時間內(nèi)流過導(dǎo)體截面的熱量，Q 叫傳熱速率。比例系t數(shù)就是材料的導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率），單位是w瓦米 開) 。在此m K (式中， S 、 h 和 T1 、 T2 容易測得，關(guān)鍵是如何測得傳熱速率Q 。t2、用穩(wěn)態(tài)法間接測量傳熱速率如圖二所示，將待測樣品夾在加熱盤與散熱

3、盤之間，且設(shè)熱傳導(dǎo)已達到穩(wěn)態(tài)。由（1）式可知，加熱盤的傳熱速率為QST1 T21d 2 T1 T2d 2 (T1 T2 )（2）th4h4h.精品文檔d 為樣品的直徑， h 為樣品的厚度。散熱盤的散熱速率為QCm T（3）ttT T2TC 為散熱盤材料的比熱， m 為散熱盤的質(zhì)量，表示散熱盤在溫度是 T2 時的冷卻速率。t T T2（ 2）、（ 3）兩式右邊相等：d2 (TT )T12Cm4ht，T T24CmhT（ 4）d 2 (T1 T2 ) t T T2（ 4）式表明，無需直接測量傳熱速率Q ，但必須測量散熱盤在穩(wěn)態(tài)溫度T2 時的冷卻速率T ，測tt量冷卻速率的方法是，在讀取穩(wěn)態(tài)溫度T1

4、 、 T2 后。將樣品盤抽走，用加熱盤與散熱盤直接接觸，給散熱盤加熱，使散熱盤的溫度升高到高于T2 的某個適當值；然后再移開加熱盤，讓散熱盤在空氣中作自然冷卻，每隔一定的時間測一次溫度值，即可求出在T2 附近的冷卻速率T 。但t必須注意的是， 散熱盤在穩(wěn)態(tài)時的冷卻上表面是被樣品覆蓋著的，只有下表面和側(cè)面散熱， 現(xiàn)在自然冷卻所有的表面都是暴露的?？紤]到冷卻速率還與散熱面積成正比，根據(jù)本實驗使用的散熱盤的尺寸。3、用溫差電偶將溫度測量轉(zhuǎn)化為電壓測量.精品文檔如圖三所示，把兩種不同的金屬絲彼此熔接，組成一個閉合回路。若兩接點保持在不同的溫度和下，則會產(chǎn)生溫差電動勢，回路中有電流。如果將回路斷開（不在

5、接點處），雖無電流，但在斷開處有電動勢。這種金屬導(dǎo)線組合體稱為溫差電偶或熱電偶。在溫度范圍變化不大時熱電偶產(chǎn)生的溫差電動勢與兩接點間的溫度差成正比，(TT0)，T0 為冷端溫度， T 為熱端溫度，叫溫差電系數(shù)。在本實驗中，使用兩對相同的銅康銅熱電偶，相同，它們的冷端均放在浸入冰水混合物的細玻璃管中， T0 也相同。當兩個熱端分別接觸加熱盤和散熱盤時，可得樣品上下表面的溫度分別為：T11T0， T22T0，所以12T1T2或T，這樣，式（ 5）可以寫為0.5554Cmh（6）2 ( 1 2 ) td2（ 6）式就是本實驗所依據(jù)的公式。 d 和 h 分別為樣品的直徑和厚度， C 和 m 分別為散熱

6、銅盤的比熱和質(zhì)量， 1 和 2 分別為加熱至穩(wěn)態(tài)時通過熱電偶測出的兩個溫差電動勢（由數(shù)字電壓表讀出），t為散熱盤在2 時的冷卻速率。2.精品文檔三、實驗儀器：導(dǎo)熱系數(shù)測定儀（ TC3）、杜瓦瓶四、實驗內(nèi)容和步驟：（1）先將兩塊樹脂圓環(huán)套在金屬圓筒兩端（見下圖），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，并分別將熱電偶的的接線連接到導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的傳感器I 、II上。（3）接通電源，將加熱開關(guān)置

7、于高檔，當傳感器I 的溫度 T1 約為 3.5mV時，再將加熱開關(guān)置于低擋，約40min。（4）待達到穩(wěn)態(tài)時（ 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）測量散熱盤 P 在穩(wěn)態(tài)值 T2 附近的散熱速率，移開加熱盤A，先將兩測溫?zé)岫巳∠拢?精品文檔再將 T2 的測溫?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，當散熱盤P 的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)T2 的值約 0.2mV左右時，再將加熱盤A移開，讓散熱盤 P 自然冷卻，每隔30s 記錄此時的 T2 值。（6）記錄金屬圓筒的直徑和厚度、散熱盤P的直徑

8、、厚度、質(zhì)量。五、實驗數(shù)據(jù)與處理：-1-1C銅=0.09197calcm s) 1cal=418.68W/mK散熱盤 p：m=810gRp =6.385cmhp =0.71cm金屬鋁圓筒： RB =1.95/cmhB =9.0/cm表 1穩(wěn)態(tài)時 T1 T 2 的數(shù)據(jù)：序次12345平均T1 /mV2.732.732.732.712.712.722T /mV2.522.532.542.532.542.5322穩(wěn)態(tài)時 T 3 對應(yīng)的熱電勢數(shù)據(jù) U 32.46mV表 2散熱速率： =_0.0729_ mV/s時間 /s306090120T2/mV2.672.582.512.43mcT(RP 2 hB ) hB1 2t (2 RP2 hP)(T1 T2)RB8100.091970.0729(6.38529.0)9.0(2 6.385 2 0.71) ( 2.722 - 2.532)132.30W / mK2s-1-1-1)鋁的熱導(dǎo)率的理論值為2.0 10 (JmK六、誤差分析：1、實驗中鋁并不是純鋁，存在雜質(zhì)，而純度及雜質(zhì)未知。2、樹脂圓環(huán)與加熱盤和散熱盤不能緊密接觸。1501802102402.352.282.222.16120.316cal cm 1 s 1C 11.953、在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，熱電偶的兩端在插入時深淺對實驗有一定的影響，過程中無法保持在同一深度，故測量的數(shù)據(jù)