固體導(dǎo)熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱固體導(dǎo)熱系數(shù)的測定學(xué)院專業(yè)班級報(bào)告人學(xué)號同組人學(xué)號理論課任課教師實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)日期報(bào)告日期實(shí)驗(yàn)成績批改日期實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠梅€(wěn)態(tài)法測出不良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)儀器1. 數(shù)字毫伏表一般量程為20mV 3位半的LED顯示，分辨率為10uV左右，具有極性自 動轉(zhuǎn)換功能。2. 導(dǎo)熱系數(shù)測量儀一種測量導(dǎo)熱系數(shù)的儀器，可用穩(wěn)態(tài)發(fā)測量不良導(dǎo)體，金屬氣體的導(dǎo)熱 系數(shù)，散熱盤參數(shù)dQdtTiuT2aA B ChB表測2風(fēng)扇測1測面的面積FD-TX-FPZ-II導(dǎo)熱系數(shù)電壓表實(shí)驗(yàn)原理傅里葉在研究了固體的熱傳定律后，建立了導(dǎo)熱定律。他指出，當(dāng)物體的內(nèi)部有 溫度梯度存在時(shí)，熱量

2、將從高溫處傳向低溫處。如果在物體內(nèi)部取兩個(gè)垂直于熱傳導(dǎo)方向，彼此相距為h的兩個(gè)平面，其面積元為 D,溫度分別為和T2，則有dQ=- dT ds dtdx式中dQ為導(dǎo)熱速率，dT為與面積元dS相垂直方向的溫度梯度，“一”表示dtdx熱量由高溫區(qū)域傳向低溫區(qū)域，即為導(dǎo)熱系數(shù)，是一種物性參數(shù)，表征的是材料導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣，其單位為 W/(mK)，對于各項(xiàng)異性材料，各個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)是不同 的，常要用張量來表示。各為sb= rB，維持上下表面有穩(wěn)定的溫度 和T2，這時(shí)通過樣品的導(dǎo)熱速率為在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下(和T2值恒定不變)可以認(rèn)為：通過待測樣品B的導(dǎo)熱速率與散熱盤的周圍環(huán)境散熱的速率相等，則冰水混合物圖

3、4-9-1穩(wěn)態(tài)法測定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖所示,A、C是傳熱盤和散熱盤，B為樣品盤，設(shè)樣品盤的厚度為hB,上下表220V.110V導(dǎo)熱系數(shù)測定儀0電源l粉輸入數(shù)字電壓表 調(diào)零可以通過銅盤C在穩(wěn)定溫度T2附近的散熱速率 tT2，求出樣品的導(dǎo)熱速率 巴otdt在穩(wěn)定傳熱時(shí)，C散熱盤的外表面積n RC2 +2 n RChc，移去A盤后，C盤的散熱外 表面積2 R22 RChC因?yàn)槲矬w的散熱速率與散熱面積成正比，所以 dQRc(Rc 2hc) ?Rc 2hc ? Qdt 2 Rc(Rc hj t 2(Rc hc / t由比熱容定義Qmc?dTmCu ?CCu dT，tdt Udt所以 dQRc 2hc

4、dTdt u 2( Rc hc) dtmCu CCu hB(RC 2hc ) dT所以，5-R；(Rc hc)(Ti T2) dt實(shí)驗(yàn)步驟1. 用物理天平稱出散熱盤（銅盤）P的質(zhì)量m單次測量，其比熱容：c=3.8 X 210 J/kg oCo2. 用游標(biāo)卡尺分別測出樣品盤（橡皮）B銅盤P的直徑和厚度h各測六次，然后 取平均值。3. 聯(lián)線。如實(shí)驗(yàn)裝置圖4-9-1所示，發(fā)熱盤A和散熱盤P的側(cè)面都有供安插熱 電偶的小孔，放置儀器時(shí)，此兩孔都應(yīng)與杜瓦瓶在同一側(cè)。以免線路錯(cuò)亂。將橡皮樣品B放入發(fā)熱盤A與散熱盤C之間，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，熱電偶插入小孔時(shí)， 要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使熱電偶測量

5、端與銅盤接觸良好。將一對熱電偶的 熱端（紅線端）插入到發(fā)熱盤 A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的細(xì)玻璃管中，與導(dǎo)熱 系數(shù)測量儀聯(lián)接。另一對熱電偶的熱端插入到散熱盤C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一細(xì)玻璃管中，與導(dǎo)熱系數(shù)測量儀聯(lián)接。它們的輸出端分別接在控制面板上的“測 1”、“測2”插孔中，通過“測1”、“測2”轉(zhuǎn)換開關(guān)接到數(shù)字電壓表上。mv表輸出端 短路，調(diào)節(jié)的調(diào)零旋鈕，調(diào)零、FD FP2- II型導(dǎo)熱系數(shù)電壓表并與導(dǎo)熱系數(shù)測量儀 聯(lián)接。4. 根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就要等待較長的時(shí)間，為了提高效率，可先將電源電壓開關(guān) K拔至高檔220V,開始加熱，待T1 =3.5mv即可將開關(guān)改

6、用低檔110V,開風(fēng)扇，待上升至4.5mv左右時(shí)，關(guān)電源。通過手控調(diào)節(jié)電熱板開關(guān) K, K的電壓220v或110v或0v檔，使讀數(shù)變化在土 0.03mv范圍內(nèi)。然后每隔2分鐘讀 一次數(shù)字電壓表上的相應(yīng)溫度示值，如此反復(fù)，如在3min內(nèi)樣品上、下表面溫度、T2示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。將切換開關(guān)撥向測2，測出T1、T2溫度。移去B盤，使A、C盤直接接觸，使C盤溫度升高0.4mV,每隔30秒記一次，作圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（通的比熱 c=0.09197/g。 C,比重8.9g/cmA2 ）表 2-19散熱盤P:質(zhì)量967.4g半徑 Rp=1/2Dp=12345Dp（ cm）

7、12.89812.89812.89812.89812.898Hp（ cm）0.8980.8980.8980.8980.898橡膠盤：半徑表 2-20Rb=1/2Db二cm12345Dp（ cm）12.68212.68212.68212.68212.682Hp（ cm）0.7260.7260.7260.7260.726表 2-21穩(wěn)態(tài)是T1, T2的值（轉(zhuǎn)換見附錄2的分度表）T仁 80.5 T2=56.912345Vt1（mV）4.5494.5444.5404.5374.534Vt2（mV）3.2303.2273.2233.2213.218時(shí)間（秒）306090120150180210240T2

8、（mV3.7263.6573.6013.5473.4943.4423.3913.341溫度65.464.263.262.361.360.459.558.72.計(jì)算入和相對誤差由附表一，查到2.27mV對應(yīng)55.4 C, 2.20mV對應(yīng)54C .0.9136* 380*7.80(12.9622* 7.80) O55.4 543.1415*12.9622(12.9627.80)(2.82?=0.26362.24)90 210相對誤差：hB2 Rb124 he3 Re *100%= RehBRb12hC0.020.040.010.010.080.062.8555%7.812.962.822.247

9、.812.962實(shí)驗(yàn)中電壓讀數(shù)誤差為12 001mv，游標(biāo)卡尺的測量誤差為0.02mm實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 手動控制穩(wěn)態(tài)時(shí)，要使溫度穩(wěn)定約 1個(gè)小時(shí)左右；為縮短時(shí)間，為了提高效率，可先將電源電壓開關(guān) K拔至高檔220V,開始加熱，待T1 =3.5mv即可將開關(guān)改用 低檔110V,開風(fēng)扇，待上升至4.5mv左右時(shí)，關(guān)電源。通過手控調(diào)節(jié)電熱板開關(guān) K，K 的電壓220v或110v或0v檔，使T1讀數(shù)變化在土 0.03mv范圍內(nèi)。然后每隔2分鐘讀 一次數(shù)字電壓表上的相應(yīng)溫度示值，如此反復(fù)，如在3min內(nèi)樣品上、下表面溫度、T2示值都不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。將切換開關(guān)撥向測2,測出T1、T2溫度。（可 直接以電動勢值代表溫度值）2. 為使系統(tǒng)周圍環(huán)境保持不變，風(fēng)扇一直開著。3. 在測試C的散熱速率，取走試樣B之前，一定要先關(guān)掉電源，然