实验报告 导热系数的测量.doc

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 20**********
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】
(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(dTdz)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=-λ∆TLS∆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∆TLS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)πD2(T1-T2)(D+2δ)/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=*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
~，每隔5min读一下温度示数，如在一段时间内（如10min）样品上