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实验报告用稳态平板法测定不良导体的导热系数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】⑴用稳态平板法测定不良导体的导热系数⑵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,在支架上先后放上圆铜盘、待测样品和厚底紫铜D CB圆筒在的上方用红外灯加热,使样品上下表面各维持稳定的温度、A,A LTl T2,它们的数值分别用各自的热电偶来测量,中的冷端浸入盛于杜瓦瓶内的E EH冰水混合物中,为双刀双向开关,用以变换上下热电偶的测量回路,数字式G电压表用以测量温差电动势F【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(设方向)进行时,热传导的基本公式可写为二z dQ-入(差)它表示在时间内通过面积的热量zodSdt,dt dSaz为人为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为;;dQ,Wm K,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B盘通过待测物向低温铜盘传递若很薄,则通过侧面向周围环境的散热B BB量可以忽略不计,则热量只沿着垂直的方向传递那么,在稳定导热即温度B场中的各点的温度不随时间而变的情况下,在时间内,通过面积为、厚度At S为的匀质圆板的热量为入学式中,为匀质圆板两板面的恒定温L AQ=-SAt,AT差若把其写成小二-入手的AQ/SLJ形式,那么生为待测物的导热速率,只要知道了导热速率,即可AQ/经过对理论细节的推导,可得入二-cmKLD+482求出入T7D T1-T2D+25/2为下铜盘的质量,为下铜盘的比热容,为匀质圆板的厚度,m cL为下铜盘直径,为下铜盘厚度,为上铜盘温度,为下铜盘温度,为D5T1T2K冷却速率【实验内容】⑴用游标卡尺多次测量下铜盘的直径、厚度和待测物厚度然后取其D8L,平均值下铜盘质量由天平称出,其比热容mc=
3.850*102J*Kg*℃-
1.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2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3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,如在一段时间内如样品上、下表面温度、示数都不变,即可认为已经达到稳定状态lOmin Tl T2记录稳态时、值后,移去样品,再加热当下铜盘温度比高出Tl T2T210°左右时,移去圆筒,让下铜盘自然冷却每隔读一次下铜盘的温度示数,30s最后选取临近的测量数据来求出冷却速率T2本实验选用铜-康铜热电偶测温度,温差℃时,其温差电动势约为
41004.OmV,故应该配用量程0〜10mV,并能精确到
0.OlmV的数字电压表由于热电偶冷端温度为℃对一定材料的热电偶而言,当温度变化范围不太大时,0,其温差电动势与待测温度℃的比值为一个常数,因此,可以直接用电动mV势值代表温度值计算导热系数限5【实验数据】橡胶盘半径RB=DB=
4.9632cm2测量次数平均12345DB/cm
9.
9169.
9529.
9029.
9109.
9529.9264hB/cm
0.
8640.
8640.
8660.
8660.
8640.8648散热盘质量半径P665g Rp=-Dp=
4.9014cm2测量次数平均12345Dp/cm
9.
8009.
8049.
7809.
8109.
8209.8028hp/cm
1.
0000.
9900.
9901.
0000.
9920.9944稳态时的值平均=℃平均=℃TlT2T
182.06T
258.2测量次数12345℃T
182.
182.
082.
082.
182.1℃T
258358.
258.
058.
358.2散热速率每间隔测一次30s时间0306090120150180210/S℃T
363.
963.
262.
561.
861.
160.
459.
759.1线性拟合曲线T=-
0.02306t+
63.88将数据代入入二=
0.1657Wm;K i-cmKLD+4b2℃K=-O.O23O6/ST7D T1-T2D+25/2【误差分析】系统误差仪器误差.测量长度时用到了游标卡尺,其有最小精度,带来测量误差
1.温度无法达到稳定,总会有一定的波动
2.质量的测量精度太低3随机误差读温度和长度时有随机因素使得测量不精确L【注意事项】上下铜盘侧面的小孔内要放置导热性能好的油脂,如黄油等,热电偶要完全L插入油中底部,以保持热电偶接点和铜盘接触良好.红外灯的电源电压不得超过2210V.【习题】.稳定导热条件,即温度场中各点的温度不随时间而变使散热盘的散热面1积足够大,使传入散热盘的热量与散热量相等.有,环境温度与散热盘之间的温差会影响散热盘的散热,从而影响稳定导2热条件的成立.不可以热的良导体的导热系数过大,无法在其中形成稳定的温度分布3。