金属导热系数测量_图文
南昌大学物理实验
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课程名称: 大学物理实验 实验名称: 金属导热系数
专业班级: 学院:
学生姓名: 学号:
实验地点: 座位号:
实验时间:
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:
根据傅里叶导热方程式，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
,tTT的平行平面(设T>T)，若平面面积均为S，在时间内通过面积S的热量免租下述
表
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达,Q、1212
式:
(TT),Q,12S,, (3-26-1) th,
,Q,,式中，为热流量;即为该物质的导热系数，在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1,t
个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。 W(m,K)
在支架上先放上圆铜盘P，在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，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T、T，TT分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦、1212
瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式(3-26-1)可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为
TT(,)Q,212,,R (3-26-2) ,Bth,B
式中，R为样品的半径，h为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T和T的值不变，遇事通过B BB12盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T的散热2
,Q速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时T和T后，即可将B盘移去，而使A盘的底面与铜12,t
盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。2
,T,T观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T的冷却速率,而,就是铜盘Pmc2,t,tT,TT,T22
,T在温度为T时的散热速率。但要注意，这样求出的是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速2,tT,T2
2率，其散热表面积为。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆2,R，2,RhBPP
2盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为:。考虑到,R，2,RhPPP物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正:
2,,(R，2Rh),Q,TPPp (3-26-3) ,mc2,t,t(2,R，2,Rh),TTPPP2
将式(3-26-3)代入(3-26-2)，得
(R，2h)h1,TPpB, (3-26-4) ,mc2(22)(),，,tRhTT,R,TT12PPB2
三、实验仪器:
TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、待测金属
四、实验内容和步骤:
(1)先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端，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)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，当传感器?的温度对应的热电势约为3.5mV时，再将加热开T1
关置于抵挡，约40min。
(4)待达到稳态时(与的数值在10min内的变化小于0.03mV)，每隔2min记录和的值。 TTTT1212(5)测量记录散热盘P的温度。 T3
,T(6)测量散热盘P在稳态值附近的散热速率:移开加热盘A，先将两侧热端取下，再将的测TT22,t
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T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3
隔30S记录此时的U值。 3
五、实验数据与处理
铜盘质量:801g、铜盘直径:12.77cm、铜盘厚度:0.70cm、铝棒直径3.9cm、铝棒长度:9.0cm 稳态时T、T对应的热电势的数据:(转换见附录的分度表) 12
序次 1 2 3 4 5 平均值
2.76 2.76 2.76 2.76 2.77 2.762 U/mV 1
2.46 2.46 2.47 2.47 2.47 2.466 U/mV 2
TU稳态时对应的热电势数据=2.31mV 33
,
,U,1散热速率:=0.0019/mv ,s,
,t
时间/s 30 60 90 120 150 180 210 240
2.25 2.19 2.13 2.07 2.01 1.95 1.90 1.85 /mV U3
Rhh，T(2),1PPB,mc186.7825 E=93.4% ,,2t,RhTT,R，,(22)()PPB12
六、思考题:
1.盘在加热过程中会有热的损失，要保证测量时已经达到了稳态。如果没有稳态，会有误差。测温元件的测量误差。人为误差，如人流的走动等也会引起误差。
2.稳定传热是指在传热方向上,各地点的温度不随时间而变.这时,传热速率不随时间而变,是个定值,可以测定.如果不是稳定传热,则在传热方向上各点的温度随时间而变,传热速率也随时间而变,也就是说,单位时间的传热量是随时间而变的.你只能测定某个时间区间的传热量,而不能测定某个时刻的即时传热量.所以在传热速率测定的时候要求稳态。
3.(1)增加空气流量，强化换热
(2)强制对流的化热系数远大于自然对流，即为强化换热;如果不工作了，又如果你的实验发热大，散热量达不到要求，可能会是你的实验元件过热烧毁或者爆炸。
七、附上原始数据:
浙公网安备 33021202002483