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1、精选优质文档-倾情为你奉上物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称： 金属导热系数测量 学院： 专业班级： 学生姓名： 学号： 实验地点： 基础实验大楼 实验时间： 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，在物体内部，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满足下述表达式 （8-1）式中为热流量，为该物质的热导率（又称作导热系数）. 在数值上等于相距单位长度的两个
2、平面的温差相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是图8-1 稳态法测定导热系数实验装置示意图本实验仪器如图8-1所示.在支架D上先放置散热盘P，在散热盘A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，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为式中Rb为样品的半径，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时的散热速率来求
3、出热流量.实验中，在读得稳定时的T1、T2、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T3的冷却速率，而 (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，这样求出的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（其中RP与hP分别为铜盘的半径与厚度）然而，在观察测试样品的稳态传热时，P盘的上表面（面积为时）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，则稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正 （8-3
4、）将式（8-3）代入式（8-2），得三、实验仪器：TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺四、实验内容和步骤：(1）先将两块树脂圆环套在金属圆筒下端，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）在杜瓦瓶中装入一定的自来水，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，将加热开关置于高挡，当传感器I的温度T1对应的热电势一定长的时间内稳定时金属圆筒达到稳态（T1与T2的数值在10min内的变化小于0.03mV），每隔2min记录T1和T
5、2的值。(5）测量记录在稳态时候散热盘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，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）记录散热盘P的直径、厚度、质量和金属圆筒的直径和厚度。五、实验数据与处理：由实验仪器可以读出：散热盘的质量 823g散热盘的直径 12.62cm散热盘的厚度 0.70cm金属铝圆筒的直径 3.9cm金属铝圆筒的高度 9.0cm稳态时的U1、U2
6、12345平均U1/mV1.271.281.281.291.281.280U2/mV1.251.251.261.281.271.262金属棒稳态时散热盘U3=0.82mV散热盘散热时间的所降温度：T/s306090120150180210240U3/mV0.820.680.750.680.650.620.600.57由逐差法可以算出：已知铜的比热容为：根据实验结果，计算出金属圆筒良导热体的导热系数：与已知的比较：绝对误差为：相对误差为：，实验测量较为成功。六、误差分析：1. 实验中铝的纯度及杂质未知。2. 实验装置接触不够紧密，散热面积有所偏差而带来误差。3. 测量时不是标准的稳态时，而是近似
7、看作稳态，这样带来的误差。4. 热电偶的两端在插入时，深浅对实验有影响，过程中无法保持同一深度5. 人为误差，如人流的走动等也会引起误差。6. 在实验第三四步的时候人为操作慢导致热量散失。七、思考题：热电偶测量温度的原理是什么？答： 将A、B两种不同的导体,组成闭合回路，两点的温度不同时，回路中就会产生热电势，因而就有电流产生，电流表就会发生偏转，这一现象称为热电效应（塞贝克效应），产生的电势、电流分别叫热电势、热电流。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。本实验中，热电偶是通过样品B上下端温度T1和T2的温度差，产生热电势，从而可测出温度。八、附上原始数据：专心-专注-专业