导热系数的测定_评分标准(精)

“导热系数的测定”实验报告评分标准

第一部分：预习报告（20分）

一、实验目的

1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。

2.了解物体散热速率和传热速率的关系。

3.理解温差热电偶的特性。

二、实验仪器

发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品 ，数字电压表，停表。

三、实验原理

1．热传导定律：

S dx d t Q x ∆⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆∆0θλ； 2．导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开-1（W ·m -1·K -1

），导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一； 3．稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法；

4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数： C

C C C C C C C

C C h

D h D h R R h R R 242122222++=++ππππ

5．温差热电偶的工作原理

四、实验内容和步骤

1、橡胶盘，黄铜盘直径，高度C C B B h D h D ,,,，黄铜盘质量m ，数据由实验室提供。

2、稳态法测传热板，散热板的温度10θ，20θ；

3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率202|θθθ=∆∆t ，计算λ。

第二部分：数据采集与实验操作（40分）

有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）；

有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题, 数据采集记录完整，操作过程无大的违规(35-20)；

动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有违规操作(0-20分)。

操作要点：

1． 导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）；

2． 构建稳态环境，保持10θ在3.50mV ±0.03mV 范围内，测量20θ；

3． 测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境：

a .电风扇一直工作。

b.20θ附近的冷却速率。

第三部分：数据记录和数据处理（30分）

数据处理要求：

1．原始数据必需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；

2．采用逐差法求黄铜盘在温度为20θ时的冷却速率20

2θθθ

=∆∆t ，Δt = 120 S

4．计算橡胶板的导热系数λ，与标准值k m W ⋅/16.0比较，并给出λ测量结果；

5．给出实验结论。

测量结果参考值：

1．D B , h B , D C , h C 测量参考值：

橡胶板直径B D = 131.77 mm 橡胶板厚度B h = 8.25 mm

黄铜盘直径C D = 130.02 mm 黄铜盘厚度C h = 7.66 mm

黄铜盘质量m= 896.2 g 黄铜比热 C= 3.77×102 J/kg.k

2．稳态法测10θ , 20θ

10θ =3.50 mv 20θ=1.82 mv

3．采取逐差法求黄铜盘冷却速率202|θθθ

=∆∆t . Δt = 120 S

()()()()[]()s mv t mv /0023.0120

27

.0|)

(27.04/61.185.166.193.172.100.279.108.2202==∆∆=-+-+-+-=∆=θθθθ.

4．橡胶板导热系数λ参考值.

)

/(155.0124|212201020

2k m W R h h D h D t m c B

B C C C C ⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆==πθθθλθθ 5．与标准值的比较 %1.3%100|

|=⨯-=标标λλλλE

第四部分：思考题（10分）

1、导热系数的物理意义是什么？

导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦•米-1•开-1（W •m -1•K -1

）。 2、实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？

稳态法（具体描述略）

3、测λ要满足哪些条件？在实验中又如何保证？

1）测10θ ，20θ系统要处于稳定态，即这两个温度在十分钟内保持不变，并且10θ>20θ，（10θ人为控制在mv )03.050.3(±）；

2）测量散热板在20θ附近的冷却速率。

4、试述稳态法测不良导体导热系数的基本原理。

通过当达到稳态时待测样品的传热速率和散热盘向侧面和下面的散热速率相同的原理推导得出。

5、讨论本实验误差因素，并说明测量导热系数可能偏小的原因。

A 、样品表面老化，影响传热；

B 、加热板，样品，散热板之间有缝隙，影响传热。

C 、热电偶热端与发热盘和散热盘接触不良，应粘些硅油插入小孔底部，等等

6、测冷却速率时，为什么要在稳态温度20θ附近选值。？

A 、当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度，环境温度都有关。

B 、在实验中，当系统处于稳态时通过待测样品的传热与散热盘向侧面和下面的散热率相同，所以测冷却速率要在稳态温度20θ附近。

7、本实验的热电偶测温度为什么不用定标就能代入公式计算？能否不用数字电压表而用其它电表仪器来测热电偶电压值，代入公式求导热系数而不影响结果？举例说明。 在所测温度范围内，直流数字电压表测得的温差电动势与待测温度成线性关系，即αθ=E 那么()()

201020102010θθθαθαθθα-∆=-∆=-∆E E E ，所以不用定标就可以代入公式。 可以采用与电阻串联的电流表（灵敏电流计） 因为()2010201020102010θθθ-∆=-∆=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-∆=-∆I I I R E R E R E E E E