固體導熱系數地測定實驗報告材料

1、學生物理實驗報告實驗名稱固體導熱系數的測定 學院專業(yè)班 級報告人學號同組人學 號理論課任課教師實驗課指導教師實驗日期報告日期實驗成績批改日期實驗目的用穩(wěn)態(tài)法測出不良導熱體的導熱系數，并與理論值進行比較實驗儀器1.數字毫伏表一般量程為20mV 。 3位半的LED顯示，分辨率為10uV左右，具有極性自動轉換功能。2.導熱系數測量儀一種測量導熱系數的儀器，可用穩(wěn)態(tài)發(fā)測量不良導體，金屬氣體的導熱系數,散熱盤參數實驗原理傅里葉在研究了固體的熱傳定律后，建立了導熱定律。他指出，當物體的內部有 溫度梯度存在時，熱量將從高溫處傳向低溫處。如果在物體內部取兩個垂直于熱傳導方向，彼此相距為h的兩個平面，其面積元為

2、 D，溫度分別為Ti和T2，則有dQ =dtdTdxdS式中為導熱速率,“一”表示熱量由高dT 為與面積元dS相垂直方向的溫度梯度,dx溫區(qū)域傳向低溫區(qū)域，即為導熱系數，是一種物性參數，表征的是材料導熱性能的 優(yōu)劣，其單位為 W/(m K),對于各項異性材料，各個方向的導熱系數是不同的，常要用張量來表示。如圖所示，A、C是傳熱盤和散熱盤，B為樣品盤，設樣品盤的厚度為hB,上下表 面的面積各為Sb= rB，維持上下表面有穩(wěn)定的溫度Ti和T2，這時通過樣品的導熱速率為dQdtThBT2SB在穩(wěn)定導熱條件下(T和T2值恒定不變)TiA B C冰水混合物FD-TX-FPZ-II圖4-9-1穩(wěn)態(tài)法測定導

3、熱系數實驗裝置圖可以認為：通過待測樣品B的導熱速率與散熱盤的周圍環(huán)境散熱的速率相等，則可以通過銅盤C在穩(wěn)定溫度T2附近的散熱速率求出樣品的導熱速率dQdt在穩(wěn)定傳熱時，C散熱盤的外表面積n Rc2 +2冗Rchc，移去A盤后，C盤的散熱外表面積2 RC 2 Rc he因為物體的散熱速率與散熱面積成正比,所以dQdt 2 Re (ReRe(Rc_2hJ ?_hc) ' tRe 2hc ?_Q1，2(Re he)由比熱容定義Qmc?dT dtmeu ?Ceu dT，所以，罟 meudtRe 2hc?dT . ?2(Re he) dt所以,meu Ceu hB ( Re 2he ) dTRB

4、(Re he)(Ti T2) dt實驗步驟1. 用物理天平稱出散熱盤（銅盤）P的質量m，單次測量，其比熱容：C=3.8 x 102J/kg -Co2. 用游標卡尺分別測出樣品盤（橡皮）B銅盤P的直徑和厚度h各測六次，然 后取平均值。3. 聯線。如實驗裝置圖4-9-1所示，發(fā)熱盤A和散熱盤P的側面都有供安插熱 電偶的小孔，放置儀器時，此兩孔都應與杜瓦瓶在同一側。以免線路錯亂。將橡皮樣品B放入發(fā)熱盤A與散熱盤C之間，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，熱電偶插入小孔時， 要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使熱電偶測量端與銅盤接觸良好。將一對熱電偶的 熱端（紅線端）插入到發(fā)熱盤 A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的細玻

5、璃管中，與導熱 系數測量儀聯接。另一對熱電偶的熱端插入到散熱盤C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一細玻璃管中，與導熱系數測量儀聯接。它們的輸出端分別接在控制面板上的“測 1 ”、“測2”插孔中，通過“測1 ”、“測2”轉換開關接到數字電壓表上。 mv表輸出 端短路，調節(jié)的調零旋鈕，調零、FD FP2II型導熱系數電壓表并與導熱系數測量儀聯接。4.根據穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就要等待較長的時間，為了提高效率，可先將電源電壓開關 K拔至咼檔220V，開始加熱，待Ti =3.5mv即可將開關 改用低檔110V，開風扇，待上升至4.5mv左右時，關電源。通過手控調節(jié)電熱板開 關K，K的電壓22

6、0v或110v或0v檔，使T,讀數變化在土 0.03mv范圍內。然后每隔 2分鐘讀一次數子電壓表上的相應溫度示值，如此反復，如在3min內樣品上、下表面溫度T1、T2示值都不變，即可認為已達到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。將切換開關撥向測2，測出、 T2溫度。移去B盤，使A、C盤直接接觸，使C盤溫度升高0.4mV，每隔30秒記一次，作圖。實驗數據與結果(1)實驗數據記錄(通的比熱 c=0.09197/g 。C,比重8.9g/cmA2 )表 2-19散熱盤P:質量967.4g半徑Rp=1/2Dp=12345Dp （ cm）12.89812.89812.89812.89812.898Hp （ cm）0.8980.89

7、80.8980.8980.898表 2-20橡膠盤：半徑 Rb=1/2Db二cm12345Dp （ cm）12.68212.68212.68212.68212.682Hp （ cm）0.7260.7260.7260.7260.726表 2-21穩(wěn)態(tài)是T1 , T2的值（轉換見附錄2的分度表）T仁80.5 T2=56.912345Vt1（mV）4.5494.5444.5404.5374.534Vt2（mV）3.2303.2273.2233.2213.218時間（秒）306090120150180210240T2（mV）3.7263.6573.6013.5473.4943.4423.3913.34

8、1溫度65.464.263.262.361.360.459.558.72. 計算入和相對誤差一。由附表一，查到 2.27mV 對應55.4 C, 2.20mV 對應54 C .mCU CCu hB ( RC 2hC ) dTR；(Rc hc)(Ti T2) dt0.9136 *380 *7.80(12.962 2* 7.80)O55.4 5423.1415*12.962 (12.9627.80)(2.82?=0.26362.24)90 210相對誤差：hB2 Rb124 he3 Rc*100%= RehBRb12hC0.020.040.010.010.080.062.8555%7.812.96

9、2.822.247.812.962實驗中電壓讀數誤差為12001mv，游標卡尺的測量誤差為0.02mm實驗結果分析1. 手動控制穩(wěn)態(tài)時，要使溫度穩(wěn)定約 1個小時左右；為縮短時間，為了提高效率，可先將電源電壓開關 K拔至高檔220V，開始加熱，待Ti =3.5mv即可將開關改 用低檔110V ,開風扇，待上升至4.5mv左右時，關電源。通過手控調節(jié)電熱板開關 K，K的電壓220v或110v或0v檔，使讀數變化在土 0.03mv范圍內。然后每隔2 分鐘讀一次數字電壓表上的相應溫度示值，如此反復，如在3min內樣品上、下表面溫度、T2示值都不變，即可認為已達到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。將切換開關撥向測2，測出、T2溫度。（可直接以電動勢值代表溫度值）2. 為使系統周圍環(huán)境保持不變，風扇一直開著。3. 在測試C的散熱速率，取走試樣B之前，一定要先關掉電源，然