大学物理实验报告-金属导热系数的测量.docx

大学物理实验报告
课程名称:大学物理实验
实验名称：金属导热系数的测量
学院名称：机电工程学院
专业班级：车辆工程151班
学生姓名：吴倩萍
学号：学02415034
实验地点：基础实验大楼D103
实验时间：第一周周三下午15: 45开始
一、实验目的：
用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
二、实验仪器：
TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺。
三、实验原理：
1882年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的基本公式一一
傅里叶导热方程。该方程表明，取两个垂直于热传导方向、彼此间相
距为h、温度分别为「、T2的平行平面(设Ti>T，若平面面积均为 S,在？ t时间内通过面积S的热量？ Q满足下述表达式：— ST^H t h
Q
(8-2),式中［为热流量，入为该物质的热导率(又称作导热系数)。
入在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差 1个单位时，单位
时间内通过单位面积的热量，其单位是 W/(m • K)。本实验仪器如图
所示。在支架D上先放置散热盘 巳在散热盘P的上面放上待测样品 B,再把带发热器的圆铜盘
A放在B上，发热器通电后，热量从A盘 传到B盘，再传到P盘，在样品B上、下分别有一小孔，可用热电 偶测出其温度「和丁2。由式（8-1）可以知道，单位时间通过待测样 品B任一圆截面的热流量为-Q Rb2（8-2）式中Rb为样品半
t hB
径，hB为样品上、下小孔之间的距离，当热传导达到稳定状态时， Ti 和T2的值不变，于是通过B盘上表面的热流量与由铜盘 P向周围散 热的速率相等，因此，可通过铜盘 P在稳定温度T3时的散热速率来
Q
求出热流量 工。实验中，在读得稳定时的 「、T2和丁3后，即可将B 盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升 到高于稳定时的值T3若干摄氏度后，再将圆盘 A移开，让铜盘P自 然冷却，观察其温度 T随时间t的变化情况，然后由此求出铜盘在
Ttt2 mc Ttt2 二
丁3的冷却速率t ,而 t t （m为铜盘P的质量，c为铜 材的比热容），就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这
T
样求出的%是铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表 面积为2 tR2p+2 jRphp（其中Rp与hp分别为铜盘的半径与厚度）。然而， 在观察测试样品的稳态传热时，P盘的上表面（面积为兀R2p）是被样 品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比， 则稳态时
Q T （ R2 2 RPhP） —mc 2
铜盘散热速率的表达式应作如下修正 t t （2 Rp 2 %%）（8-3）
mc--咐一, 将式（8-3）带入式（8-2）,
得 t （2Rp 2hp）（T1 T2）Rb（8-4）
四、实验内容：
1、先将 块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂 导
两 上
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、 H上。
3、接通电源，将加热开关置