南昌大学金属导热系数测量实验报告.doc

物理实验报告

课程名称: 大学物理实验
实验名称: 金属导热系数测量
学院: 专业班级:
学生姓名: 学号:
实验地点: 基础实验大楼
实验时间:
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——,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面(设T1 >T2),若平面面积均为S,在Δt时间内通过面积S的热量ΔQ满足下述表达式
(8-1)
式中为热流量,为该物质的热导率(又称作导热系数). 在数值上等于相距单位长度的两个平面的温差相差1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是
图8-1 稳态法测定导热系数实验装置示意图
本实验仪器如图8-,在散热盘A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,(8-1)可以知道,单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为
式中Rb为样品的半径,hb为样品上、下小孔之间的距离,当热传导达到稳定状态时,T1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,,在读得稳定时的T1、T2、T3后,即可将B盘移去,,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T3的冷却速率,而(m为铜盘P的质量,c为铜材的比热容),,这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(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(面积为时),则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正
(8-3)
将式(8-3)代入式(8-2),得
三、实验仪器:
TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺
四、实验内容和步骤:
(1)先将两块树脂圆环套在金属圆筒下端,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)在杜瓦瓶中装入一定的自来水,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对应的热电势一定长的时间内稳定时金属圆筒达到稳态(),每隔2min记录T1和T2的值。
(5)测量记录在稳态时候散热盘P的温度T3。
(6)测量散热盘P在稳态值T2附近的散热速率:移开加热盘A,先将两侧温热端下,再将T2的测温热端插入散热盘P的侧面小孔,取下金属圆筒,并使加热盘A与散热盘P直接接触,,将加热盘A移开,让散热盘