大学物理实验报告金属导热系数的测量.docx

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1、大学物理试验报告课程名称:大学物理试验试验名称：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：34试验地点：根底试验大楼D103试验时间：第一周周三下午 15：45 开头一、试验目的：用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进展比较。二、试验仪器：TC-3 型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺。三、试验原理：1882 年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的根本公式 傅里叶导热方程。该方程说明，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T 、T 的平行平面设T T )，假设平面面积均为1212S，在t 时间内通过面积S 的热量Q 满

2、足下述表达式：DQ= l S T 1 - T 2DthDQ8-2，式中 Dt 为热流量，为该物质的热导率又称作导热系数。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/(mK)。本试验仪器如图所示。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T 和T 。由式8-1可以知道，单位时间通过待测样12品 B 任一圆截面的热流量为DQ= l T 1 - T 2 pR28-2),式中

3、R为样品半BDthBB径，hB为样品上、下小孔之间的距离，当热传导到达稳定状态时，T1和 T 的值不变，于是通过 B 盘上外表的热流量与由铜盘 P 向四周散2热的速率相等，因此，可通过铜盘 P 在稳定温度 T 时的散热速率来3DQ求出热流量 Dt 。试验中，在读得稳定时的T 、T和 T 后，即可将B123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 T 假设干摄氏度后，再将圆盘 A 移开，让铜盘P 自3然冷却，观看其温度 T 随时间 t 的变化状况，然后由此求出铜盘在DtDTT 的冷却速率3DTDtT =T 2 ，而mcT =T 2DQ= Dt m 为

4、铜盘P 的质量，c 为铜材的比热容，就是铜盘P 在温度为T 时的散热速率。但要留意，这3DT样求出的 Dt 是铜盘的全部外表暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为 2R2 +2R h其中 R 与h 分别为铜盘的半径与厚度。然而，PPPPP在观看测试样品的稳态传热时，P 盘的上外表面积为R2 是被样P品掩盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的外表积成正比，则稳态时DQDT(pR2 + 2pR h )= mcPP P铜盘散热速率的表达式应作如下修正DtDt (2pR2 + 2pR h) 8-3PP Pl = mcDT(RP+ 2hP) h1B将式8-3带入式8-2，得四、试验内容：Dt (2RP+ 2

5、hP)(T1- T ) pR22B8-41、先将块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂导两上热硅胶，然后置于加热盘 A 和散热盘 P 之间，调整散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热盘A 及散热盘P 严密接触。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器、上。3、接通电源，将加热开关置于高档，放传感器的温度T1 对应的热电势约为时，再将加热开关置于低档，约 40min。4、待到达稳态时T1 与T2 的数值在 10min 内的变化小于，每隔 2min 记录T1 和T2 的值。5、测

6、量记录散热盘P 的温度T3。6、测量散热盘P 在稳态值T2 四周的散热速率：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= calg-1-1铜盘质量：m=822 g直径：2R = cm厚度：h = cmPP橡胶盘直径： cm厚度： cm铅棒直

7、径：2R = cm长度：h = cmBB稳态时T 、T 对应的热电势的数据：12序次12345平均值U /mV1U /mV2稳态时T 对应的热电势U =mV33时间/s306090120150180210240U /mV3散热速率DU =Dtmvs-1lDT(R+ 2h ) h1= mcPPB将数据代入公式Dt (2RP+ 2hP)(T1- T ) pR22B可得：= calcm-1s-1-1=102Js-1m-1K-1不确定度u=六、误差分析：1. 由于试验装置接触不够严密，散热面积有所偏差等因素所造成；2. 试验中所使用的铝纯度及杂质未知；3. 在试验过程中觉察，热电偶的两端在插入时深浅对试验有肯定的影响，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DT 的计算方式上，可能存在偏差，分析如下：T 未必满足线Dt性关系，故使得计算上存在误差。七、附上原始数据：