物理实验报告--金属导热系数的测量.doc

实验名称：金属导热系数的测量

一、引言：

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量，本实验采用稳态法进行测量。

二、实验目的：

1．掌握稳态法测定金属良导热体的导热系数。

2．了解物体散热速率和传热速率的关系。

3．理解温差热电偶特性。

三、实验原理：

傅立叶导热方程式：

ΔQΔt=λST

其中：h表示两个垂直于热传导方向的平行平面的间距；T1、T2分别为两平面的温度；S为平面的面积；在Δt时间内通过S的热量为ΔQ；λ为该物质的热导率，单位W/（mK），数值上等于相距单位长度的两个平面的温度相差一个单位时单位时间内通过单位面积的热量。

Δ

λ=mc

其中：RB为样品半径；hB为样品厚度；m为铜盘的质量；c为铜的比热容；Rp为铜盘的半径hp为铜盘的厚度。

四、实验仪器：

导热系数测定仪；杜瓦瓶；游标卡尺。

五、实验内容：

(1)先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂上导热硅胶，然后置于加热盘A和散热盘P之间，调节散热盘P下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热盘A及散热盘P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，热端分别插入金属圆筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的接线连接到导热系数测定仪的传感器I、II上。

(3)接通电源，将加热开关置于高挡，当传感器I的温度T1约为3.0mV，再将加热开关置于低挡，约40min。

(4)待达到稳态时(T1与T2的数值在l0min内的变化小于0.03mV)，每隔2min记录T1和T2的值。

(5)测量散热盘P在稳态值T2附近的散热速率：移开加热盘A．先将两测温热端取下，再将T2的测温热端插入散热盘P的侧面小孑L，取下金属圆筒，并使加热盘A与散热盘P直接接触，当散热盘P的温度上升到高于稳态T的值约0.2mV左右时，再将加热盘A移开，让散热盘P自然冷却，每隔30s记录此时的T2值。

(6)用游标卡尺测量金属圆筒的直径和厚度，各5次。

(7)记录散热盘P的直径、厚度、质量。

六、实验记录：

C铜=0.09197cal/(g?℃)1cal=4.1868J

表1

散热盘P：m=_______gRp=_______cmh

序次

1

2

3

4

5

Dp/cm

hp/cm

表2

金属圆桶B：RB=_______cmh

序次

1

2

3

4

5

DB/cm

hB/cm

表3

稳态时T1T2的数据：

序次

1

2

3

4

5

平均

T1/mV

T2/mV

表4

散热速率：ΔT

时间/s

30

60

90

120

150

180

210

240

T2/mV

七、数据处理：

散热盘P：m=820g；RP=6.38cm；hP=0.71cm。

金属圆筒B：RB=1.95cm；hB=9cm。

表3

稳态时T1T2的数据：

表4

散热速率：

∴ΔT=0.06mV

八、实验结果：

T1=2.556mV；T2=2.394mV

λ=mc

=820×0.09197×0.002×6.38

=0.3858(cal?cm-1?s-1?℃-1)

=1.6155×102(W/(m?K))

九、误差分析：

由给定数据可知，铝的热导率为2.0×102W/(m?K)，故本实验存在误差，有以下几点分析：

由于实验装置接触不够紧密，散热面积有所偏差等因素所造成；

实验中所使用的铝纯度及杂质未知；

在实验过程中发现，热电偶的两端在插入时深浅对实验有一定的影响，过程中无法保持在同一深度，故测量的数据可能存在偏差；

对于ΔT

T未必满足线性关系，故使得计算上存在误差。

对T进行线性拟合R2=0.9984，当T=2.394时，k=-0.0021；

而进行指数型拟合时，R2=0.9996，当T=2.394时，k=0.0022;

因此，此项可能性基本可以排除。

对σT1和σT2