不良导体导热系数测量.docx

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实验题目：不良导体导热系数的测量

实验目的：了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并利用作图法求冷却速率。

实验原理：1、导热系数

导热系数是反映材料热性能的重要物理量。目前对导热系数的测量均建立在傅立叶热传导定律的基础上。本实验采用稳态平板法。

根据热传导理论，当物体内部存在温度梯度时，热量从高温向低温传导：

dQ???dT?dx

dt dt

其中λ就是导热系数。

2、不良导体导热系数的测量

样品为一平板，当上下表面温度稳定在T、T，以h表示样品高度，S表样品底面积：

1 2 B B

dQ??

T?T

1 2?S

dt h BB

由于温差稳定，那么可以用A在T附近的dT/dt（冷却速率）求出dQ/dt。

2

根据散热速率与散热面积成正比，则

dQ ?R(R

2h) dQ R ?2h dQ

Adt?2?A (A

A

? P? A

A? P

又根据

R R h

A A A

) dt R ?h dt

A A

dQP?mc?dTdt dt

有

??mch(R ?

??

B A A

) ?dT

2?R2(T?T)(R ?h) dt

B 1 2 A A

从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。实验装置：如图

实验内容：1、用游标卡尺测量A、B两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；

2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至250V左右进行加热至一定温度（对应T1电

压值大约在3.20-3.40mV）；

3、将电压调至125V左右，寻找稳定的温度（电压），使得板上下面的温度（电压）10分钟内的变化不超过0.03mV，记录稳定的两个电压值；

4、直接加热A板，使得其温度相对于T上升10度左右；

2

5、每隔30s记录一个温度（电压）值，取相对T最近的上下各6个数据正式记录下来；

2

6、整理仪器；数据处理。

实验数据：

几何尺寸测量：

直径（mm）

厚度（mm）

序号

1

2

3

1

2

3

A板

130.04

129.72

129.90

7.02

6.90

6.92

B板

129.42

129.44

129.52

8.02

7.92

8.00

表一：A、B板的几何尺寸测量结果

A质量m=806g，比热容c=0.793kJ/kgK。

稳定温度（实际是电压值）：

A盘自由散热过程中：

T：3.09mV

1

T：2.73mV

2

1

2

3

4

5

6

T（用电压，mV）

2.98

2.93

2.88

2.83

2.78

2.73

7

8

9

10

11

12

T（用电压，mV）

2.68

2.64

2.59

2.55

2.51

2.47

表二：自由散热温度（最接近T的12个）

2

数据处理：

将导热系数的公式变形为

?

2mch(D ?4h) dV

???B A A ?

?D2(V?V)(D ?2h) dt

A盘直径的平均值

B 1 2 A A

D ?D ?D ?

D ?

A1 A2 A3

?130.04?129.72?129.90mm?129.89mm

A 3 3

B盘直径的平均值

D ?D ?D

D ???B1 B2 B3

?129.42?129.44?129.52mm?129.46mm

B 3 3

A盘厚度的平均值

h ?h ?h

h ?A1 A2 A3

?7.02?6.90?6.92mm?6.95mm

A 3 3

B盘厚度的平均值

h ?h ?h

h ?B1 B2 B3

?8.02?7.92?8.00mm?7.98mm

B 3 3

利用ORIGIN作图得到dV/dt：

BLinearFitofData1_B

B

LinearFitofData1_B

2.9

2.8

V

/m2.7

/

V

2.6

2.5

2.4

-50 0 50 100 150 200 250 300 350

t/s

图一：A盘散热过程线形拟合图

LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*X

Parameter Value Error

A 2.97128 0.00413

B -0.001562.12215E-5

R SD N P

-0.999070.00761 12 0.0001

从中得到dV/dt=1.56×10-3mV/s

于是计算有：

? 2mch(D ?4h) dV

???B A A