导热系数的测量实验精选报告.doc

导热系数的测量

【实验目的】

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

【实验仪器】

导热系数测定仪、铜- 康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤 ( 公用 ) 、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块

【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T1、 T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为 S，在t 时间内通过面积S 的热量Q 免租下述表达式：

Q S (T

1

T

2

)

（3-26-1 ）

t h

式中，Q 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t

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 (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 T1、T2，T1、 T2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

Q (T1 T2 ) R B2 (3-26-2)

t h B

B B 1 2 的值不变，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

遇事通过 B 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

2

的散热速率来求出热流量Q

。实验中，在读得稳定时 1 2

盘 P 在稳定温度 T t T 和 T 后，即可将 B 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 T2值若干摄氏度后，在将 A 移开，让 P 自然冷却。观察其温度T 随时间 t 变化情况，

然后由此求出铜盘在T2的冷却速率T T

, 而 mc , 就是铜盘 P 在温度为 T2时的散t

T T2

t

T T2

热速率。但要注意，这样求出的T

是铜盘 P 在完全表面暴露于空气中的冷却速率，t T T2

其散热表面积为 2 R B2 2 R P h P。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：

R P2 2 R P h P。考虑到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：

Q T ( R P2 2 R P h p )

(3-26-3)

mc

t T T ( 2 R P2 2 R P h P )

t

2

将式（ 3-26-3 ）代入（ 3-26-2 ），得

T (R P 2h p )h B 1

(3-26-4)

mc

(2R P 2h P )(T1 T2 ) R B2

t T T

2

【实验内容】

1、测量 P 盘和待测样品的直径、厚度，测P 盘的质量。要求：

（1）用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测 5 次。

（2）用游标卡尺测量 P 盘的直径和厚度，测 5 次，按平均值计算 P 盘的质量。

（3）用电子秤称出 P 盘的质量、

2、不良导体导热系数的测量

（1）实验时，先将待测样品放在散热盘 P 上面，然后将发热盘 A 放在样品盘 B 上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表面与发

热盘和散热盘紧密接触。

（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，将热电偶的热端分别插入加热盘 A 和散热盘 P 侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘 A 和散热盘 P 的热电偶接线，连接到仪器面板的传感器Ⅰ、Ⅱ上。分别用专用导线将仪器机箱

后的接头和加热组件圆铝板上的插座间加以连接。

（3）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加热的上限温度。将加热选择开关由“断”

打向“ 1-3 ”任意一档，此时指示灯亮，当打向 3 档时，加温速度最快

（ 4）大约加热 40 分钟后，传感器Ⅰ、Ⅱ的读数不再上升时，说明已达到稳态，每隔5 分钟记录 V T1和 V T2的值

（5）在实验中，如果需要掌握用直流电位差计和热电偶来测量温度的内容，可将“窗期切换”开关转至“外接” ，在“外接”两接线柱上接上 UJ36a 型直流电位差计

的“未知”端，即可测量散热铜盘上热电偶在温度变化时所产生的电势差。

（ 6）测量散热盘在稳态值T2附近的散热速率Q

。移开铜盘A，取下橡胶盘，并使铜t

盘A 的底部与铜盘 P 直接接触，当 P 盘的温度上升到高于稳态值 V T2值若干度后，再将铜盘 A 移开，让铜盘 P 自然冷却，每隔 30 秒记录此时的 T2值。根据测量值计

算出散热速率

Q 。

t

3、金属导热系数的测量

（1）将圆柱体金属铝棒置于发热圆盘与散热圆盘之间。

（2）当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后， T1、T2值为金属样品上下两个面的温度，此时散热盘P 的温度为 T3值。因此，测量P 盘的冷却速率为

Q

T T3

t （3-26-5 ）

由此得到导热系数为