稳态法测金属的导热系数

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1、实验地点：基础实验大楼103座位号:33实验时间：第12周星期四上午九点四十五分开始一、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。二、实验原理：1882年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的基本公式一傅里叶导热方程该方程表明，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为Tl、T2的平行平面（设T1>T2）,若平面面积均为S,在At时间内通过面积S的热量AQ满足下述表达式S3□/h式屮卫为热流量,入为该物质的热导率（又称作导热系数）入在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个□r单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W

2、/（m・K）本实验仪器如上图所示•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、卜•分别有一小扎可用热电偶测岀其温度T1和T2由式（8-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截而的热流量为□6□r式中Ra为样品的半径,血为样品上、下小孔之间的距离，当热传导达到稳定状态时,T1和T2的值不变，于是通过B盘上表面的热流量与由铜盘P向周围散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T3吋的散热速率来求出热流量实验中，在读得稳定时的Tl、T2和T3后，即可将B盘移去，而使A盘的

3、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T3若干摄氏度后，再将圆盘A移开，让铜盘P自然冷却•观察其温度T随时间t的变化情况,然后由此求出铜盘在T3的冷却速率2,而"曙J詈（m为铜盘P的质量'C为铜材的比热容），就是铜盘P在温度为T3时的散热速率但要注中Rp与h分别为铜盘的半径与厚度）然而，在观察测试样品的稳态传热时,P盘的上表面（面积为龙/?；）是被样品覆盖着的考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正意，这样求出的乎

4、一是铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为2兀琮+2兀叭（其UQDT（兀R；+2兀Rh）=

5、me——□rQt（2网+2码九）将上式代入第二式得—岂_・_L山(2心+2%)(7；—7；)兀R；三、实验仪器：TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶等四、实验内容和步骤：(1)先将两块树脂圆环套在金屈圆筒两端，并在金屈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，热端分別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I、II上(3)接通电源,将加热开关置于高挡，当传感器I的温度T1对应的热电势约3.5mV时，再将加

6、热开关置于低挡，约40mn(4)待达到稳态时(T1与T2的数值在lOmin内的变化小于0.03mV),每隔2min记录T1和T2的值(5)测量记录散热盘P的温度T3(6)测量散热盘P在稳态值T2附近的散热速率—:移开加热盘X,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,取下金屈圆筒，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0.2mV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)用测量金属圆筒的直径和厚度(8)记录散热盘P的直径、厚度、质量五、实验数据与处理:稳态时Tl、T2对应的热电势的

7、数据:序次123•15平均值Ul/mV2.712.682.732.732.722.714U2/mV2.432.442.452.452.462.446稳态时T3对应的热电势数据U3=2.11mV散热速率S=1.407xi0Vmv.r«时间/s306090120150180U3/mV2.262.212.162.122.082.03时间/s2102402703001.991.96L921.88U3/mV附:铜的比热=0.09197CGlg"CT；铜盘质量=894g；铜盘的直径=12.93cm；铜盘的厚度：0.97cm；橡胶盘的直径二12.96cm；橡胶盘的厚度二0.96cm；铝棒的

8、直径二3.94cm;铝棒的长度二9.54cm即可得:=1.909x102i巴L口/（2心+2你）（7；—7；）ttR；验证时间和温度的线性关系:zwcon050100150200250300时间/S六、误差分析：1.待测的物体并没有完全达到稳态。2.杜瓦瓶内并不是零摄氏度的冰水混合物。3.仪器由于精度限制出现的测量误差。