固体导热系数的测定实验报告

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T i 和T 2，则有

式中dQ 为导热速率，dT 为与面积元ds 相垂直方向的温度梯度，“一”表示热量由高 dt dx 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/(m ・K)，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h B ,上下表

面的面积

各为S B =二R B ，维持上下表面有稳定的温度 ％和T 2，这时通过样品的导热速率为

在稳定导热条件下(「和T 2值恒定不变)

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

FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表

图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图

dQ

dt

■ dT

dS

dx

' ..............

1

貝

77777T

9 1 r

1 _____________________________

呂 1

rr T

导热系数测定仪

*

电源

i

© ①

输入数字电压表 调零

dQ =- dt

测1

ABC

测1 表测2风扇.f 220V 1

日 110V

冰水混合物

可以通过铜盘C 在稳定温度T 2附近的散热速率二 中，求出

样品的导热速率

就一

2

在稳定传热时，C 散热盘的外表面积n R c 2

+2 n R c h c ，移去A 盘后，C 盘的散热外 表面积2

二氏亠2：R C h c

因为物体的散热速率与散热面积成正比，

所以dQ jRcR 肌―％ 2h

c 严， dt

2 兀 R c (R c +h c ) 建 2(R c +h c ) 建

m

C U C c u h B ( R C + 2h c ) dT

2 ■ R B (R C h c )(T i -T 2) dt

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=3.8X 102J/kg •o

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，

dQ

dt 由比热容定义:"•加叫

-

Ccu

dT dt

所以，d

Q

沁

R C

2h

c

dT

2(R c h c ) dt

所以，■

表 2-20

橡胶盘：半径 Rb=1/2Db二cm

表 2-21

稳态是T1, T2的值（转换见附录2的分度表）T仁80.5 T2=56.9

2. 计算入和相对误差.。

扎

由附表一，查到2.27mV对应554C, 2.20mV对应54C .

m cu C cu h B（R c +2h c） dT

二二R B（R C h c）（「J） dt 二

0.9136 *380 *7.80(12.962 2*7.80)

3.1415* 12.9622(12.962 7.80)(2.82 -2.24) 相对误差:

55.4-54

• 90-210 =0.2636

二L hB 2 - R B- ■■: ；1 八；2 4二h e

h B R B"1 -2 hc R c

*100%=

0.02 0.04 0.01 0.01 0.08 0.06

——亠 -------------------- 亠——亠——亠——亠 ----------------------------------------------- 2.8555%

7.8 12.96 2.82 2.24 7.8 12.962

实验中电压读数误差为■ ：；1 ；2二0 01mv，游标卡尺的测量误差为0.02mm。