导热系数测量实验报告.docx
《导热系数测量实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导热系数测量实验报告.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
导热系数测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除
导热系数测量实验报告
篇一：
导热系数实验报告
实验2.8用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告
一、实验目的.
（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数.
（2）利用物体的散热速率求传热速率.二、实验器材.
实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表.三、实验原理.
导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为
dT
dQ=?
λ?
?
?
?
?
?
?
?
?
---------------------------------------------（2.8.1）
它表示在dt时间内通过ds面积的热量dQλ为导热系数，它的大小由物体
?
?
?
?
dT
本身的物理性质决定，单位为w?
?
?
?
1?
?
?
?
1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.
在图中，b为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物b向低温铜盘传递.若b很薄，则通过b侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测板b的方向传递.那么在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在?
t时间内，通过面积为s、厚度为L的匀质圆板的热量为
?
?
?
?
?
?
?
?
?
---------------------------------------------（2.8.2）
式中，?
?
?
为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（2.8.2）式写成
?
Q=?
λ
?
?
?
?
?
?
=?
λ?
?
---------------------------------------------（2.8.3）
的形式，那么?
?
?
便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（2.8.3）式即可求出λ.实验中，使上铝盘A和下铜盘p分别达到恒定温度?
?
1、?
?
2，并设?
?
1>?
?
2，即热量由上而下传递，通过下铜盘p向周围散热.因为?
?
1和?
?
2不变，所以，通过b的热量就等于c向周围散发的热量，即b的导热速率等于c的散热速率.因此，只要求出了c在温度?
?
2时的散热速率，就求出了b的导热速率?
?
?
.
因为p的上表面和b的下表面接触，所以c的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为?
?
?
?
，而实验中冷却曲线是c全部裸露于空气中测出来的，即在p的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为?
?
全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
部全
=
?
?
部全
---------------------------------------------（2.8.4）
式中，?
?
?
为?
?
部面积的散热速率，?
?
?
为?
?
全面积的散热速率.而散热速率?
?
?
就
部
全
部
?
?
?
?
?
?
?
?
?
等于（2.8.3）式中的导热速率，这样（2.8.3）式便可写作
?
?
?
?
?
?
?
?
?
=?
λ?
?
部---------------------------------------------（2.8.5）
设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有
?
?
部?
?
全
?
?
2
=?
?
+?
?
?
?
?
?
?
?
2
=2?
?
+?
?
?
?
?
?
---------------------------------------------（2.8.6）
?
?
?
由比热容的基本定义c=
Δ?
?
?
?
Δ?
?
‘
，得ΔQ=cmΔ?
?
’，故
?
?
?
cmΔ?
?
’=全---------------------------------------------（2.8.7）
将（2.8.6）式、（2.8.7）式代入（2.8.4）式得?
?
?
?
?
+4?
?
=?
?
?
?
?
?
部---------------------------------------------（2.8.8）
将（2.8.8）式代入（2.8.5）式得
λ=
?
?
?
?
?
?
?
?
?
（?
?
+4?
?
）
?
?
?
?
（?
?
1?
?
?
2）（?
?
+2?
?
）/2
---------------------------------------------（2.8.9）
式中，m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容.四、实验内容.
（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出，其比热容c=3.850×102?
?
?
kg?
℃?
1.
（2）实验时，先将待测样品放在散热盘p上面，然后将发热铝盘A放在样品盘p上方，再调节三个螺栓，使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘p紧密接触.
（3）将集成温度传感器插入散热盘p侧面的小孔中，并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性，采用同一个温度传感器测温，在需要测量发热盘A和散热盘p温度时，采用手动操作，变换温度传感器的测温对象.
（4）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关，如果仪器上限温度设置为100℃，那么当传感器的温度达到100℃，大约加热40分钟后，发热铝盘A、散热铜盘p的温度不再上升时，说明系统已达到稳态，这时每间隔5分钟测量并记录?
?
1和?
?
2的值.
（5）测量散热盘在稳态值?
?
2附近的散热速率.移开发热铝盘A，取下待测盘，并将发热铝盘A的底面和铜盘p直接接触，当p盘的温度上升到高于稳态值?
?
2值若干度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘A移开，让散热铜盘p自然冷却.这时候，每隔30s记录此时的?
?
2值并记录.
五、实验数据记录与处理.
表一下铜盘直径、厚度，待测物厚度实验结果记录表
下铜盘质量为m=655g.
取平均值，稳态时，?
?
1=102.3℃、?
?
2=79.2℃.
表三测下铜盘散热速率实验结果记录表
利用作图法求下铜盘的散热速率
得下铜盘散热速率为K=0.02976T?
?
?
?
1.由（2.。
8.9）式，得待测样品的导热系数为
?
?
?
?
?
?
?
?
?
（?
?
+4?
?
）
λ==0.204
12六、误差分析.
（1）系统误差
1.由于实验仪器本身存在的缺陷，如加热铝盘的保温性能不佳，导致产生误差.2.未考虑待测样品侧面向周围环境散发热量所导致的实验误差.3.环境温度改变导致实验中系统难以达到稳态.
（2）偶然误差
1.在用游标卡尺测量铜盘和待测盘直径与厚度时，由于人为原因导致的测量不准确.可通过多测几次取平均值的方法来减小该误差.
2.降温过程中观察温度示数时造成的实验误差.七、实验结论.
在误差允许范围内，通过稳态平板法测得该待测样品的导热系数为
λ=0.204
王飞虎物理学弘毅班20XX301020XX0
篇二：
大学物理实验报告-金属导热系数的测量
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：
5902415034
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——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T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为s，在?
t时间内通过面积s的热量?
Q?
QT1?
T2
?
?
s?
th
?
Q
（8-2），式中?
t为热流量，λ为该物质的热导率（又称作导热系数）。
λ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p，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T1和T2。
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
?
QT1?
T2
?
?
?
Rb2（8-2）,式中Rb为样品半?
thb
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，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?
t。
实验中，在读得稳定时的T1、T2和T3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
?
T
T3的冷却速率?
t
T?
T2
，而
mc
?
T?
t
T?
T2
?
?
Q
?
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?
t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2πR2p+2πRph（其中Rp与hp分别为铜盘的半径与厚度）。
然而，p在观察测试样品的稳态传热时，p盘的上表面（面积为πR2p）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
2
?
Q?
T（?
Rp?
2?
Rphp）
?
mc2?
t?
t（2?
R?
2?
Rphp）（8-3）p铜盘散热速率的表达式应作如下修正
将式（8-3）带入式（8-2），得
?
?
mc
?
T（Rp?
2hp）?
hb1
?
2
?
t（2Rp?
2hp）（T1?
T2）?
Rb（8-4）
四、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，将加热开关置于高档，放传感器Ⅰ的温度T1对应的热电势约为3.5mV时，再将加热开关置于低档，约40min。
4、待达到稳态时（T1与T2的数值在10min内的变化小于0.03mV），每隔2min记录T1和T2的值。
5、测量记录散热盘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，先将两侧温热端取下，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，当散热盘p的温度上升到高于稳态T3的值对应的热电势约0.2mV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u3值。
7、用游标卡尺测量金属圆筒的直径和厚度，各5次。
8、记录散热盘p的直径、厚度、质量。
五、数据与结果：
铜的比热容：
c=0.09197cal〃g-1〃℃-1
铜盘质量：
m=822g直径：
2Rp=12.75cm厚度：
hp=0.72cm橡胶盘直径：
12.95cm厚度：
0.8cm铅棒直径：
2Rb=3.9cm长度：
hb=9.0cm稳态时T1、T2对应的热电势的数据：
稳态时T3对应的热电势u3=0.94mV
?
u
?
?
散热速率
0.002mv〃s-1
将数据代入公式
?
?
mc
?
T（Rp?
2hp）?
hb1
?
2
?
t（2Rp?
2hp）（T1?
T2）?
Rb可得：
λ=0.1793cal〃cm-1〃s-1〃℃-1=0.75×102J〃s-1〃m-1〃K-1不确定度u=62.5％
六、误差分析：
1.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；2.实验中所使用的铝纯度及杂质未知；
3.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；4.对于
?
T
的计算方式上，可能存在偏差，分析如下：
T未必满足线?
t
性关系，故使得计算上存在误差。
七、附上原始数据：
篇三：
实验报告导热系数的测量
实验报告用稳态平板法测定不良导体的导热系数
物理科学与技术学院13级弘毅班吴雨桥20XX301020XX2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的不同对材料导热系数的数值有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
本实验使用稳态法。
先利用热源对样品加热，样品内部的温差使得热量从高温向低温传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成（转自：
博旭范文网:
导热系数测量实验报告）稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。
【实验目的】
（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数。
（2）利用物体的散热速率求传热速率。
【实验器材】
实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表。
【仪器介绍】
本实验装置如图，在支架D上先后放上圆铜盘c、待测样品b和厚底紫铜圆筒A，在A的上方用红外灯L加热，使样品上下表面各维持稳定的温度T1、T2，它们的数值分别用各自的热电偶e来测量，e中的冷端浸入盛于杜瓦瓶h内的冰水混合物中，g为双刀双向开关，用以变换上下热电偶的测量回路，数字式电压表F用以测量温差电动势。
【实验原理】
导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程。
当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为dQ=-λ（z0dsdt，它表示在dt时间内通过ds面积的热量
?
?
?
?
?
?
?
?
为dQ，λ为导热系数，它的大小由物体本身的物理性质决定，单位为wm-1K-1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中负号表示热量传递向着温度降低的方向进行。
b为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物b向低温铜盘传递。
若b很薄，则通过b侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，则热量只沿着垂直b的方向传递。
那么，在稳定导热（即温度场中的各点的温度不随时间而变）的情况下，在?
t时间内，通过面积为s、厚度为L的匀质圆板的热量为?
Q=-λs?
t，
?
?
?
?
?
式中，?
T为匀质圆板两板面的恒定温差。
若把其写成?
Q/?
t=-λ的
?
?
?
?
?
形式，那么?
Q/?
t为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，即可求出λ。
经过对理论细节的推导，可得λ=
?
cmKL（D+4δ）?
?
?
?
（?
?
1?
?
?
2）（?
?
+2?
?
）/2
m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容，L为匀质圆板的厚度，D为下铜盘直径，δ为下铜盘厚度，T1为上铜盘温度，T2为下铜盘温度，K为冷却速率。
【实验内容】
（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值。
下铜盘质量m由天平称出，其比热容c=3.850*102J*（Kg?
℃）?
1.
（2）安置圆筒、圆盘时，须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶、数字毫伏计位于同一侧。
热电偶插入小孔时，要抹些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好。
热电偶冷端插在滴有硅油的细玻管浸入冰水混合物中。
（3）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，可先将红外灯的电源电压升高到180~200V，加
热约20min后再降至130~150V.然后，每隔5min读一下温度示数，如在一段时间内（如10min）样品上、下表面温度T1、T2示数都不变，即可认为已经达到稳定状态。
记录稳态时T1、T2值后，移去样品，再加热。
当下铜盘温度比T2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。
每隔30s读一次下铜盘的温度示数，最后选取临近T2的测量数据来求出冷却速率。
（4）本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约为4.0mV，故应该配用量程0~10mV，并能精确到0.01mV的数字电压表。
由于热电偶冷端温度为0℃，对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不太大时，其温差电动势（mV）与待测温度（℃）的比值为一个常数，因此，可以直接用电动势值代表温度值。
（5）计算导热系数λ。
【实验数据】
橡胶盘：
半径Rb=1
散热盘p:
质量m=665（g）半径：
Rp=Dp=4.9014（cm）稳态时T1、T2的值：
T1平均=__82.06__℃T2平均=___58.2___℃
散热速率：
每间隔30s测一次
散热曲线
T/℃
t/s
线性拟合曲线T=-0.02306t+63.88K=-0.02306℃/s将数据代入λ=
?
cmKL（D+4δ）?
?
?
?
（?
?
1?
?
?
2）（?
?
+2?
?
）/2
=0.1657wm-1K-1
【误差分析】
系统误差仪器误差：
1.测量长度时用到了游标卡尺，其有最小精度，带来测量误差。
2.温度无法达到稳定，总会有一定的波动。
3.质量的测量精度太低。
随机误差：
升级会员 