散热效率与面积的关系.doc

散热面积对散热速率影响的实验与探究 [摘要] 影响散热速率的因素很多，包括材料、换热方式、散热面积、温度差、搅拌强制循环等，本文意在通过实验验证散热面积对散热的影响，并通过分析得出它们的函数关系。据此对生活中的散热现象进行理解和指导。通过实验探究学习熟悉控制变量的方法，为以后解决问题积累经验。 [关键词] 散热 散热面积 控制变量法 问题的提出 在学习了比热容等有关知识后，对散热速度的快慢产生了联想，比如我们生活中常见的水杯，水杯的样式多种多样功能各不相同，有冷水杯、保温杯、普通水杯，人们有时需要让水快速冷却有时需要对水进行保温，人们总是想根据自己的意愿来控制散热的快慢，但影响散热速率的因素除比热容外还有哪些呢？通过查阅资料了解到影响散热的因素主要有材料、换热方式、散热面积、温度差等，由于影响因素较多，现对其中的散热面积对散热速率的影响进行探究。 理论分析 在不发生相变不与外界进行物质交换不做功的前提下，物体只能通过表面向外散热，因此有理由推断散热速率与散热的面积成正比关系。在保证其它影响因素一致的前提下，只改变散热面积，就能得到散热快慢与散热面积的关系，通过数据的分析可以得到它们的函数关系。通过这种方法也可以研究其它因素与散热快慢的关系，从而得到最终结论。 实验与探究 实验用品：大小形状完全相同的水杯三只（编号a，b，c），开水，温度计（量程为-20℃至110℃，分度值为1℃），秒表，记录纸，保温泡沫，胶带。 如图将b，c水杯用保温泡沫包裹好，用胶带粘牢。 在三个水杯中倒入等量的开水200ml，开水温度为100℃，用塑料盖板盖上杯口，插入温度计，记录每隔5℃记录一次温度和时间。记录数据如下： 温度 ℃ 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 A（s） 0 30 65 99 130 161 202 233 261 302 350 416 481 b（s） 0 68 141 203 266 344 412 503 598 704 805 925 1053 c（s） 0 147 312 448 588 746 904 1030 1160 1315 1565 1805 2126 数据整理 假设水杯a，b，c从100℃降到40℃所用的时间分别为ta,tb,tc散热面积分别为Fa，Fb，Fc则有： ta=481(s) tb=1053(s) tc=2126(s) tc≈2tb tb≈2ta Fa≈2Fb Fb≈2Fc 因此，可以得到∝F 由于三个水杯中的水是等量的，所处环境等其它条件相同，从100℃降到40℃所释放的热量Q也相等，Q为定值，可以得到： 散热速率∝F 结论 通过以上实验探究，我们可以得出下列结论： 散热速率与散热面积成正比例关系。 增大散热面积可以增加散热速率，散热面积增加的倍数与散热速率增加的倍数相等。 总结 通过数据分析得出了散热速率与散热面积成正比的结论，此结论可以解释生活中的许多现象。为了加速散热效果，在其他客观条件不便控制的情况下，增大散热面积无疑是最有效果的，比如暖气片之所以做成如此形状就是为了增加表面积加快散热，电脑CPU散热器之所以做成多片状、冷水杯底面积那么大也是如此。为了不让LED的温度过高，必须精确计算散热面积的大小，散热面积过大既造成不必要的浪费又影响使用效果等等，现实生活中的此类事例枚不胜举。 如果以后采取类似的方法探究温差、材料、搅拌循环等对散热速率的影响，并将几个结论综合起来，相信会得到更完善的结论，更能理解和指导我们的生活应用。 1