1、学生物理实验报告实验名称 固体导热系数的测定 学 院 专 业 班 级 报告人 学 号 同组人 学 号 理论课任课教师 实验课指导教师 实 验 日 期 报 告 日 期 实 验 成 绩 批 改 日 期 实验目的用稳态法测出不良导热体的导热系数,并与理论值进行比较.实验仪器1. 数字毫伏表一般量程为 20mV。3 位半的 LED 显示，分辨率为 10uV 左右，具有极性自动转换功能。2. 导热系数测量仪一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，散热盘参数实验原理傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。他指出，当物体的内部有温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。如
2、果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此相距为 h 的两个平面，其面积元为 D，温度分别为 ，则有21T和=dtQSxT式中 为导热速率， 为与面积元 dS 相垂直方向的温度梯度， “”表示热量由高dtQ温区域传向低温区域， 即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为 W/(mK)，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。如图所示，A、C 是传热盘和散热盘，B 为样品盘，设样品盘的厚度为 ,上下表Bh面的面积各为 = ，维持上下表面有稳定的温度 ，这时通过样品的导热速率为BS2R21T和=dtQBShT21在稳定导热条件下（ 值恒定不变）21和可
3、以认为：通过待测样品 B 的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，冰水混合物电源输入 调零数字电压表FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表T2T1220V110V导热系数测定仪测 1 测 1测 2测 2表 风扇ABC图 4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图则可以通过铜盘 C 在稳定温度 附近的散热速率 ，求出样品的导热速率 。2T2TtQdtQ在稳定传热时，C 散热盘的外表面积 R c2 +2R chc，移去 A 盘后，C 盘的散热外表面积 ChR2因为物体的散热速率与散热面积成正比，所以 ，tQhRtdtQCccC)(2)(由比热容定义 ，dtTmdtTt U所以， ，thdtCc
4、Cu)(2所以， dtTRmCBuU)(212实验步骤1. 用物理天平称出散热盘（铜盘）P 的质量 m，单次测量，其比热容：C=3.8102J/kgC。2. 用游标卡尺分别测出样品盘（橡皮）B 铜盘 P 的直径和厚度 h 各测六次，然后取平均值。3. 联线。如实验装置图 4-9-1 所示，发热盘 A 和散热盘 P 的侧面都有供安插热电偶的小孔，放置仪器时，此两孔都应与杜瓦瓶在同一侧。以免线路错乱。将橡皮样品 B 放入发热盘 A 与散热盘 C 之间，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测量端与铜盘接触良好。将一对热电偶的热端（红线端）插入到发热盘 A
5、 的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。另一对热电偶的热端插入到散热盘 C 的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。它们的输出端分别接在控制面板上的“测 1”、 “测 2”插孔中，通过“测 1”、 “测 2”转换开关接到数字电压表上。mv 表输出端短路，调节的调零旋钮，调零、FDFP2II 型导热系数电压表并与导热系数测量仪联接。4. 根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压开关 K 拔至高档 220V，开始加热，待 =3.5mv 即可将开关1T改用低档 110V，开风扇，待上升至 4.5mv 左右
6、时，关电源。通过手控调节电热板开关 K，K 的电压 220v 或 110v 或 0v 檔，使 读数变化在0.03mv 范围内。然后每隔1T2 分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在 3min 内样品上、下表面温度 T1、T 2 示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测 2，测出 、1TT2 温度。移去 B 盘，使 A、C 盘直接接触，使 C 盘温度升高 0.4mV，每隔 30 秒记一次，作图。实验数据与结果（1）实验数据记录（通的比热 c=0.09197/g。C,比重 8.9g/cm2）表 2-19散热盘 P：质量 967.4g 半径 Rp=1/2Dp=1 2 3 4
7、 5Dp（cm） 12.898 12.898 12.898 12.898 12.898Hp（cm） 0.898 0.898 0.898 0.898 0.898表 2-20橡胶盘：半径 Rb=1/2Db= cm1 2 3 4 5Dp（cm） 12.682 12.682 12.682 12.682 12.682Hp（cm） 0.726 0.726 0.726 0.726 0.726表 2-21稳态是 T1，T2 的值（转换见附录 2 的分度表）T1=80.5 T2=56.91 2 3 4 5Vt1(mV) 4.549 4.544 4.540 4.537 4.534Vt2(mV) 3.230 3.2
8、27 3.223 3.221 3.218时间（秒）30 60 90 120 150 180 210 240T2（mV）3.726 3.657 3.601 3.547 3.494 3.442 3.391 3.341温度 65.4 64.2 63.2 62.3 61.3 60.4 59.5 58.72. 计算 和相对误差 。由附表一，查到 2.27mV 对应 55.4，2.20mV 对应 54.dtThRCmBCuU)(212=0.2636210954.).82.)(0796.(.*145.3*8092 相对误差：*100%=CBRhRh321 %85.296.08.74.082.96.1048.
9、72 实验中电压读数误差为 ，游标卡尺的测量误差为 0.02mm。 mv实验结果分析1. 手动控制稳态时，要使温度稳定约 1 个小时左右；为缩短时间，为了提高效率，可先将电源电压开关 K 拔至高档 220V，开始加热，待 =3.5mv 即可将开关改1T用低档 110V，开风扇，待上升至 4.5mv 左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K 的电压 220v 或 110v 或 0v 檔，使 读数变化在0.03mv 范围内。然后每隔 21T分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在 3min 内样品上、下表面温度 T1、T 2 示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测 2，测出 、1TT2 温度。 （可直接以电动势值代表温度值）2. 为使系统周围环境保持不变，风扇一直开着。3. 在测试 C 的散热速率，取走试样 B 之前，一定要先关掉电源，然后再让圆筒与圆盘 C 接触，同时绝不能用手去碰触圆筒和圆盘。小心操作！否则会出事故，带来严重烫伤后果。4. 在接通电源加热过程中，电压拨到 220V 上，加热时间不要超过 20 分钟，不然会损坏仪器。5. 实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使样品两端划伤，以至影响实验的精度。教师评语
