固体导热系数的测定实验报告.doc

学生物理实验报告实验名称 固体导热系数的测定 学 院 专 业 班 级 报告人 学 号 同组人 学 号 理论课任课教师 实验课指导教师 实 验 日 期 报 告 日 期 实 验 成 绩 批 改 日 期 实验目的用稳态法测出不良导热体的导热系数,并与理论值进行比较.实验仪器1. 数字毫伏表一般量程为20mV。3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。2. 导热系数测量仪一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，散热盘参数实验原理傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。他指出，当物体的内部有温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。如果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此相距为h的两个平面，其面积元为D，温度分别为，则有=式中为导热速率，为与面积元dS相垂直方向的温度梯度，“”表示热量由高温区域传向低温区域，即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为W/(mK)，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。如图所示，A、C是传热盘和散热盘，B为样品盘，设样品盘的厚度为,上下表面的面积各为=，维持上下表面有稳定的温度，这时通过样品的导热速率为 =在稳定导热条件下（值恒定不变）冰水混合物电源输入调零数字电压表FD-TX-FPZ-II导热系数电压表T2T1220V110V导热系数测定仪测1测1测2测2表风扇ABC图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图可以认为：通过待测样品B的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则可以通过铜盘C在稳定温度附近的散热速率，求出样品的导热速率。在稳定传热时，C散热盘的外表面积Rc2 +2Rchc，移去A盘后，C盘的散热外表面积因为物体的散热速率与散热面积成正比，所以，由比热容定义，所以，所以，实验步骤1. 用物理天平称出散热盘（铜盘）P的质量m，单次测量，其比热容：C=3.8102J/kgC。2. 用游标卡尺分别测出样品盘（橡皮）B铜盘P的直径和厚度h各测六次，然后取平均值。3. 联线。如实验装置图4-9-1所示，发热盘A和散热盘P的侧面都有供安插热电偶的小孔，放置仪器时，此两孔都应与杜瓦瓶在同一侧。以免线路错乱。将橡皮样品B放入发热盘A与散热盘C之间，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测量端与铜盘接触良好。将一对热电偶的热端（红线端）插入到发热盘A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。另一对热电偶的热端插入到散热盘C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。它们的输出端分别接在控制面板上的“测1”、“测2”插孔中，通过“测1”、“测2”转换开关接到数字电压表上。mv表输出端短路，调节的调零旋钮，调零、FDFP2II型导热系数电压表并与导热系数测量仪联接。4. 根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使读数变化在0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出、T2温度。移去B盘，使A、C盘直接接触，使C盘温度升高0.4mV，每隔30秒记一次，作图。实验数据与结果（1） 实验数据记录（通的比热c=0.09197/g。C,比重8.9g/cm2） 表2-19 散热盘P：质量967.4g 半径Rp=1/2Dp=12345Dp（cm）12.89812.89812.89812.89812.898Hp（cm）0.8980.8980.8980.8980.898表2-20橡胶盘：半径Rb=1/2Db= cm12345Dp（cm）12.68212.68212.68212.68212.682Hp（cm）0.7260.7260.7260.7260.726表2-21 稳态是T1，T2的值（转换见附录2的分度表）T1=80.5 T2=56.912345Vt1(mV)4.5494.5444.5404.5374.534Vt2(mV)3.2303.2273.2233.2213.218时间（秒）306090120150180210240T2（mV）3.7263.6573.6013.5473.4943.4423.3913.341温度65.464.263.262.361.360.459.558.72. 计算和相对误差。由附表一，查到2.27mV对应55.4，2.20mV对应54.=0.2636相对误差：*100%=实验中电压读数误差为 ，游标卡尺的测量误差为0.02mm。 实验结果分析1. 手动控制稳态时，要使温度稳定约1个小时左右；为缩短时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使读数变化在0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出、T2温度。（可直接以电动势值代表温度值）2. 为使系统周围环境保持不变，风扇一直开着。3. 在测试C的散热速率，取走试样B之前，一定要先关掉电源，然后再让圆筒与圆盘C接触，同时绝不能用手去碰触圆筒和圆盘。小心操作！否则会出事故，带来严重烫伤后果。4. 在接通电源加热过程中，电压拨到220V上，加热时间不要超过20分钟，不然会损坏仪器。5. 实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使样品两端划伤，以至影响实验的精度。教师评语