金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、.南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱 ：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱 ：金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí) ：自動(dòng)化 153 班學(xué)生姓名 ：廖俊智學(xué)號(hào)：6101215073實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) ：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓座位號(hào)：27 號(hào)實(shí)驗(yàn)時(shí)間 ：第七周星期四上午九點(diǎn)四十五開始專業(yè) .專注.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?：用穩(wěn)態(tài)法測(cè)定金屬良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較 。二、實(shí)驗(yàn)原理 ：1、傅里葉熱傳導(dǎo)方程導(dǎo)熱系數(shù) （熱導(dǎo)率 ）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。 測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)在設(shè)計(jì)和制造加熱器、散熱器、傳熱管道 、冰箱、節(jié)能房屋等工程技術(shù)及很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)中都有非常重要的應(yīng)用。如圖（一）所示 。 設(shè)一粗細(xì)均勻的圓柱體橫截面積為S ，

2、高為 h 。經(jīng)加熱后 ，上端溫度為 T1 ，下端溫度為 T2 ， T1T2 ，熱量從上端流向下端。若加熱一段時(shí)間后，內(nèi)部各個(gè)截面處的溫度達(dá)到恒定，此時(shí)雖然各個(gè)截面的溫度不等，但相同的時(shí)間內(nèi)流過(guò)各截面的熱量必然相等（設(shè)側(cè)面無(wú)熱量散失 ），這時(shí)熱傳遞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，整個(gè)導(dǎo)體呈熱穩(wěn)定狀態(tài)。法國(guó)數(shù)學(xué)家 ，物理學(xué)家傅里葉給出了此狀態(tài)下的熱傳遞方程QT1T2（1）Sht專業(yè) .專注.Q 是t 時(shí)間內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體截面的熱量，Q 叫傳熱速率 。比例系t數(shù)就是材料的導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率 ）， 單位是 w m K (瓦 米 開 ) 。 在此式中， S 、 h 和 T1 、 T2 容易測(cè)得 ，關(guān)鍵是如何測(cè)得傳熱速率Q 。t2

3、、用穩(wěn)態(tài)法間接測(cè)量傳熱速率如圖二所示 ，將待測(cè)樣品夾在加熱盤與散熱盤之間，且設(shè)熱傳導(dǎo)已達(dá)到穩(wěn)態(tài) 。 由（1）式可知，加熱盤的傳熱速率為QST1 T21d 2 T1 T2d 2 (T1 T2 )（2）th4h4hd 為樣品的直徑 ， h 為樣品的厚度 。散熱盤的散熱速率為QCm T（3）ttT T2C 為散熱盤材料的比熱 ， m 為散熱盤的質(zhì)量 ，（ 2）、（ 3）兩式右邊相等 ：Tt表示散熱盤在溫度是T2 時(shí)的冷卻速率 。TT2d2 (TT )T12Cm4ht，T T2專業(yè) .專注.4CmhT（ 4）d2 (TT )t12T T2（ 4）式表明，無(wú)需直接測(cè)量傳熱速率Q ，但必須測(cè)量散熱盤在穩(wěn)態(tài)

4、溫度 T2 時(shí)的冷卻速率T ，tt測(cè)量冷卻速率的方法是，在讀取穩(wěn)態(tài)溫度T1 、 T2 后。將樣品盤抽走 ，用加熱盤與散熱盤直接接觸，給散熱盤加熱 ，使散熱盤的溫度升高到高于T2 的某個(gè)適當(dāng)值 ；然后再移開加熱盤，讓散熱盤在空氣中作自然冷卻 ，每隔一定的時(shí)間測(cè)一次溫度值，即可求出在 T2 附近的冷卻速率T 。但必須注意的是 ，散熱t(yī)盤在穩(wěn)態(tài)時(shí)的冷卻上表面是被樣品覆蓋著的，只有下表面和側(cè)面散熱，現(xiàn)在自然冷卻所有的表面都是暴露的?？紤]到冷卻速率還與散熱面積成正比，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)使用的散熱盤的尺寸。3、用溫差電偶將溫度測(cè)量轉(zhuǎn)化為電壓測(cè)量如圖三所示 ，把兩種不同的金屬絲彼此熔接，組成一個(gè)閉合回路。若兩接點(diǎn)保

5、持在不同的溫度和 下，則會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，回路中有電流 。如果將回路斷開 （不在接點(diǎn)處 ），雖無(wú)電流 ，但在斷開處有電動(dòng)勢(shì)。這種金屬導(dǎo)線組合體稱為溫差電偶或熱電偶。在溫度范圍變化不大時(shí)熱電偶產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)與兩接點(diǎn)間的溫度差成正比，(TT0)，T0 為冷端溫度 ， T 為熱端溫度 ，叫溫差電系數(shù) 。專業(yè) .專注.在本實(shí)驗(yàn)中 ，使用兩對(duì)相同的銅 康銅熱電偶 ，相同，它們的冷端均放在浸入冰水混合物的細(xì)玻璃管中 ， T0 也相同 。 當(dāng)兩個(gè)熱端分別接觸加熱盤和散熱盤時(shí)，可得樣品上下表面的溫度分別為：1T0 ，T22T0，所以T112T1T2或T，4Cmh這樣，式（ 5）可以寫為0.555d 2 (

6、1 2 ) t2（6）（ 6）式就是本實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的公式。 d 和 h 分別為樣品的直徑和厚度， C 和 m 分別為散熱銅盤的比熱和質(zhì)量 ， 1 和2 分別為加熱至穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)熱電偶測(cè)出的兩個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)（由數(shù)字電壓表讀出），t為散熱盤在2 時(shí)的冷卻速率 。2專業(yè) .專注.三、實(shí)驗(yàn)儀器 ：導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀 （ TC 3）、杜瓦瓶四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 ：（1）先將兩塊樹脂圓環(huán)套在金屬圓筒兩端（見(jiàn)下圖），并在金屬圓筒兩端涂上導(dǎo)熱硅膠，然后置于加熱盤A 和散熱盤 P 之間，調(diào)節(jié)散熱盤 P 下方的三顆螺絲 ，使金屬圓筒與加熱盤 A 及散熱盤 P 緊密接觸 。（2）在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端插入杜瓦

7、瓶中，熱端分別插入金屬圓筒側(cè)面上 、下的小孔中 ，并分別將熱電偶的的接線連接到導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的傳感器I、II 上。（3）接通電源 ，將加熱開關(guān)置于高檔 ，當(dāng)傳感器 I 的溫度 T1 約為 3.5mV 時(shí)，再將加熱開關(guān)置于低擋 ，約 40min 。專業(yè) .專注.（4）待達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí) （T1 與 T2 的數(shù)值在 10min 內(nèi)的變化小于 0.03mV ），每隔 2min 記錄T1 和 T2 的值。（5）測(cè)量散熱盤 P 在穩(wěn)態(tài)值 T2 附近的散熱速率 ，移開加熱盤 A，先將兩測(cè)溫?zé)岫巳∠拢賹?T2 的測(cè)溫?zé)岫瞬迦肷岜PP 的側(cè)面小孔 ，取下金屬圓筒 ，并使加熱盤 A 與散熱盤 P 直接接觸 ，當(dāng)散熱

8、盤 P 的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)T2 的值約 0.2mV 左右時(shí)，再將加熱盤A 移開，讓散熱盤 P 自然冷卻 ，每隔 30s 記錄此時(shí)的 T2 值。（6）記錄金屬圓筒的直徑和厚度、散熱盤 P 的直徑、厚度、質(zhì)量。專業(yè) .專注.五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理 ：C 銅=0.09197cal cm -1 s-1 ) 1cal=418.68W/mK散熱盤 p ：m=810gRp =6.385cmh p =0.71cm金屬鋁圓筒 ： RB =1.95/cmhB =9.0/cm表 1穩(wěn)態(tài)時(shí) T1 T2 的數(shù)據(jù)：序次12345平均T1 /mV2.732.732.732.712.712.722T2 /mV2.522.532

9、.542.532.542.532穩(wěn)態(tài)時(shí) T 3 對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)數(shù)據(jù) U 32.46mV表 2散熱速率 ：=_0.0729_ mV/s時(shí)間 /s306090120150180210240T2 /mV2.672.582.512.432.352.282.222.16mc T(RP 2 hB ) hB1 2t (2 RP2 hP)(T1 T2)RB810 0.091970.0729(6.38529.0) 9.0- 2.532)12 0.316cal cm 1 s 1 C 1(2 6.38520.71)( 2.7221.95132.30W/ mK鋁的熱導(dǎo)率的理論值為2.0×102-1-1-1)· ··(J smK專業(yè) .專注.六、誤差分析 ：1、實(shí)驗(yàn)中鋁并不是純鋁 ，存在雜質(zhì) ，而純度及雜質(zhì)未知 。2、樹脂圓環(huán)與加熱盤和散熱盤不能緊密接觸。3、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，熱電偶的兩端在插入時(shí)深淺對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的影響，過(guò)程中無(wú)法保持在同一深度，故測(cè)量的數(shù)據(jù)可能存在偏差。4、