不良导体导热系数的测量实验报告
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不良导体热导率的测定实验报告一、实验目的1、了解热传导现象的基本规律。
2、学习用稳态法测量不良导体的热导率。
3、掌握热电偶测温的原理和方法。
二、实验原理当物体内存在温度梯度时,热量会从高温处向低温处传递,这种现象称为热传导。
对于一个厚度为$d$、横截面积为$S$ 的平板状不良导体,在稳定传热状态下,通过该导体的热流量$Q$ 与导体两侧的温度差$\Delta T$ 成正比,与导体的厚度$d$ 成反比,与导体的热导率$\lambda$ 成正比,即:$Q =\frac{\lambda S \Delta T}{d}$如果在一段时间$\Delta t$ 内通过导体的热量为$Q$,则热导率$\lambda$ 可表示为:$\lambda =\frac{Qd}{S\Delta T \Delta t}$在本实验中,采用稳态法测量热导率。
将待测的不良导体样品制成平板状,放置在加热盘和散热盘之间。
加热盘通过电热丝加热,使热量通过样品传递到散热盘。
当加热盘和散热盘的温度稳定后,样品内的传热达到稳定状态,此时通过样品的热流量等于散热盘在单位时间内散失的热量。
散热盘在稳定温度下的散热速率可以通过测量散热盘的冷却曲线来确定。
当散热盘的温度高于环境温度时,它会向周围环境散热,其散热速率与散热盘的温度和环境温度之差成正比。
三、实验仪器1、热导率测定仪:包括加热盘、散热盘、热电偶、数字电压表等。
2、秒表3、游标卡尺4、电子天平四、实验步骤1、用游标卡尺测量样品的厚度$d$ 和直径$D$,计算出样品的横截面积$S =\frac{\pi D^2}{4}$,用电子天平称出样品的质量$m$ 。
2、将样品放在加热盘和散热盘之间,安装好热电偶,确保热电偶的测量端与样品良好接触。
3、接通电源,调节加热功率,使加热盘和散热盘的温度逐渐升高。
观察数字电压表的读数,当加热盘和散热盘的温度稳定后(温度变化在一定时间内小于$01^{\circ}C$),记录此时加热盘和散热盘的温度$T_1$ 和$T_2$ 。
实验报告课程名称:大学物理实验(一)实验名称:不良导体热导率的测量一、实验目的1.了解热传导现象的物理过程2.学习用稳态平板法测量不良导体的热导系数3.测量铜盘的散热速率二、实验原理图1是不良导体热导系数测量装置的原理图。
各部分为:A-传热圆筒、B-待测样品、C-铜盘、D-底座、E-红外灯、G-数字电压表、H-单刀双掷开关、J-杜瓦瓶。
为保证传热稳定,传热圆筒A、待测样品B和散热铜盘C三者的表面密切接触,如图2所示。
温度用热电偶的温差电动势表示,杜瓦瓶装有冰水混合物,为热电偶提供参考温度。
实验中,维持待测盘的上表面A有稳定温度,下表面铜盘C有恒定温度(侧面近似绝热)。
根据(1)式,在稳态时通过样品的传热速率可以写为,(2)式中为样品的厚度,为样品上表面的面积(为样品盘的半径),为待测样品盘的上、下表面的温度差,为导热系数。
在稳态条件下(和的值恒定不变),通过待测样品盘B的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等,即(2)式中的铜盘C在稳态条件下的散热速率,可以通过铜盘C的在不与样品接触时的自由散热速率(附近)得到。
由于铜盘C的稳态散热面积为,自由散热面积为,因此,(3)其中和分别是铜盘C的半径和厚度。
根据比热容的定义,自由散热速率可写为,(4)其中和分别为铜盘C的质量和比热容,为铜盘C的冷却速率。
由式(2)、(3)和(4)可得样品B的导热系数为:(5)因此只要测出铜盘C的自由冷却速率,代入相关的参数即可求出样品的导热系数。
本实验用数字电压表测得的热电偶的温差电动势表示温度。
热电偶的温度-电压系数是定值,根据(5)式可知,只需测定电压以及电压的变化率,不需计算具体的温度值。
加热装置通过自耦调压器和红外灯来实现。
通过维持加热电压等于110V,待系统达到稳态,记录稳态下铜盘C的电压值,然后测量铜盘C在该稳态电压值附近的自由散热系数,结合质量、厚度等参数即可得到该稳态下的样品的导热系数。
三、实验仪器:2.不良导体热导率的测量3.实验仪器:导热系数测量仪、杜瓦瓶、自耦调压器、数字电压表、秒表、游标卡尺、橡胶盘四、实验内容:测量橡胶盘的导热系数1.用游标卡尺测量铜盘和橡胶盘的直径和厚度,记录表格1;2.打开主仪器放大图,把红外灯上移(需先断开红外灯的连线5),同时把保温桶移开(需先断开加热盘的连线1),然后把橡胶盘放置在铜盘C上,最后移回保温桶和红外灯;3.按图7连接电路;4.双击“数字电压表”,并调零和选择量程();5.双击“自耦调压器”,把电压调至,等待样品导热达到稳态;等待过程中不断切换单刀双掷开关,并观察测量值,如果在10分钟内加热盘和散热盘的温度基本没有变化,则可认为达到稳态(为缩短达到稳态时间,可先将红外灯电压调至左右,大约5分钟后再将到);记录稳态下加热盘A的电压和铜盘C的电压7.移开红外灯(需先断开红外灯的连线5)和保温桶(需先断开加热盘的连线1),取出橡胶盘,再把红外灯和保温桶复位,并连接好线;8.使铜盘C加热至高于稳态温度10度左右(电压增加约,建议不要高太多,否则降温值需要较长时间);9.把调压器电压减小为0,移开红外灯和保温桶,让铜盘C自由冷却,每隔30s记录一次电压值,选择最接近前后的6个数据,记录表格2;10.用逐差法求出铜盘C的冷却速率,并计算橡胶盘的导热系数;用作图法求出冷却速率五、数据记录:表1 铜盘和橡胶盘的尺寸测量铜盘质量:,橡胶盘质量:铜的比热容:测量次数 1 2 3 平均值铜盘直径(mm) 128.32 128.32 128.34 128.32铜盘厚度(mm) 7.14 7.16 7.14 7.14 橡胶盘直径(mm) 130.08 130.08 130.06 130.07 橡胶盘厚度(mm)8.128.128.148.12表2 铜盘的自由冷却速率测量 稳态时加热盘A 的温度对应的电压:稳态时铜盘C 的温度对应的电压:时间(s ) 030 60 90 120 150 180 210电压V_C(mV) 2.72 2.66 2.62 2.57 2.52 2.48 2.44 2.39时间(s ) 240 270 300 330 360 390 420 电压V_C(mV)2.38 2.34 2.29 2.26 2.22 2.18 2.14六、数据处理逐差法计算冷却速率,选择靠近平衡温度的六个温度点:0 30 60 90 120 150 2.722.662.622.572.522.48dT (2.48 2.62)(2.52 2.6)(2.57 2.72)0.001604/3*30*3mV s dt -+-+-==-导热系数的大小:()()2122 0.11/(*)2 (())C C dTB dt BC C R h mch W m k R T T R h λπ+=-=-+七、结果陈述:这个散热速率和时间符合线性规律 导热系数为0.11W/(m*k)八、实验总结与思考题试分析实验中产生误差的主要因素以及实验中是如何减小误差的? 操作时间要准确,多次测量取平均值傅里叶定律中 (传热速率)是不易测准的量。
不良导体导热系数测定导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一,导热系数大,导热性能较好的材料称为良导体;导热系数小、导热性能差的材料称为材料的不良导体。
一般来说,金属的导热系数比非金属要大;固体的导热系数比液体的要大;气体的导热系数最小。
本实验介绍一种比较简答的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。
稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后,测定不良导体导热系数的方法。
一、实验目的1、掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法2、了解物体散热速率和传热速率的关系 二、实验仪器1、TJQDC-1型导热系数测定仪2、游标卡尺3、天平4、镊子 三、实验原理 1、热传导定律当物体内部各处的温度不均匀时,就会有热量从温度较高处传递到温度较低处,这种现象叫热传导现象。
早在1882年著名物理学家傅立叶(Fourier)就提出了热传导的定律:若在垂直于热传播方向x 上作一截面S ∆,以d dxθ⎛⎫⎪⎝⎭表示0x 处的温度梯度,那么在时间t ∆内通过截面积S ∆ 所传递的热量Q ∆为:Q d S t dxθλ∆⎛⎫=-∆ ⎪∆⎝⎭(1) 式(1)中Qt∆∆为传热速率,负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处,与温度梯度方向相反。
比例系数λ称为导热系数,其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时,在单位时间内通过单位面积所传递的热量,单位是瓦·米-1开-1(W ·m -1K -1).2、稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图1所示。
图中待测样品 (圆盘) 半径 1R =60mm ,样品上表面与加热盘(位于上方的黄铜盘)的下表面接触,温度为1θ,加热盘由内部电热丝供热,热量由加热盘通过样品上表面传入样品,再从样品下表面与散热盘 (位于样品下面的黄铜盘) 的上表面相接, 温度为2θ,即样品中的热量通过下表面向散热盘散发。
样品上下表面温度可以认为是均匀分布,在1h 不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响,则式(1)改写为:121QS t h θθλ-∆=∆ (2) 式(2)中S 为样品横截面积。
导热系数测量实验报告篇一:导热系数实验报告实验用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告一、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. 二、实验器材.实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、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dTdQ=?λ ?????????---------------------------------------------()它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数,它的大小由物体????dT本身的物理性质决定,单位为W????1????1,它是表征物质导热性能大小的物理量,式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.在图中,B为待测物,它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触,热量由高温铝盘通过待测物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,视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热(即温度场中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????????? ---------------------------------------------()式中,???为匀质圆板两板面的恒定温差,若把()式写成?Q=?λ??????=?λ?? ---------------------------------------------()的形式,那么???便为待测物的导热速率,只要知道了导热速率,由()式即可求出λ. 实验中,使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2,并设??1>??2,即热量由上而下传递,通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变,所以,通过B的热量就等于C向周围散发的热量,即B的导热速率等于C 的散热速率.因此,只要求出了C在温度??2时的散热速率,就求出了B的导热速率???.因为P的上表面和B的下表面接触,所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和,设为????,而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的,即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全,根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ????????????部全=??部全---------------------------------------------()式中,???为??部面积的散热速率,???为??全面积的散热速率.而散热速率???就部全部?????????等于()式中的导热速率,这样()式便可写作????????? =?λ?? 部---------------------------------------------()设下铜盘直径为D,厚度为δ,那么有??部??全??2=?? +????????2=2?? +??????---------------------------------------------()???由比热容的基本定义c=Δ????Δ??‘,得ΔQ=cmΔ??’,故???cmΔ??’= 全---------------------------------------------()将()式、()式代入()式得?????+4?? =?????? 部---------------------------------------------()将()式代入()式得λ=?????????????/2---------------------------------------------()式中,m为下铜盘的质量,c为下铜盘的比热容. 四、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由天平测出,其比热容c=×102??? kg?℃ ?1.(2)实验时,先将待测样品放在散热盘P上面,然后将发热铝盘A放在样品盘P上方,再调节三个螺栓,使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.(3)将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中,并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性,采用同一个温度传感器测温,在需要测量发热盘A和散热盘P 温度时,采用手动操作,变换温度传感器的测温对象.(4)接通电源,在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关,如果仪器上限温度设置为100℃,那么当传感器的温度达到100℃,大约加热40分钟后,发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时,说明系统已达到稳态,这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.(5)测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A,取下待测盘,并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触,当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度(例如5℃左右)后,再将发热铝盘A移开,让散热铜盘P自然冷却.这时候,每隔30s记录此时的??2值并记录.五、实验数据记录与处理.表一下铜盘直径、厚度,待测物厚度实验结果记录表下铜盘质量为m=655 g.取平均值,稳态时,??1=℃、??2=℃.表三测下铜盘散热速率实验结果记录表利用作图法求下铜盘的散热速率得下铜盘散热速率为K=????1. 由(2.。
实验六(b) 不良导体导热系数的测定实验目的1. 掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平衡法。
2.测定不良导体(橡皮或胶木)的导热系数, 并学会利用冷却法绘制曲线求等温冷却速度。
实验仪器不良导体导热系数测定仪, 温度计(0~100℃, 精确到0.1℃), 蒸汽发生器, 气压计(共用), 游标卡尺, 螺旋测微器, 秒表。
实验原理不良导体导热系数测定仪器装置如图3-6b-1所示。
上铜板与蒸汽室相接, 汽室内的温度T1为水的沸点温度, 可由气压计测出室内压强值, 再按附近压强与沸点之间的关系求得T1。
下铜板侧面开有一个小孔, 可插入温度计, 测量T2, 下有绝热支架, 便于悬在空中有利于散热。
热传导理论指出, 只要物质内部的温度不均匀, 便有热量传递。
根据热传导定律, 沿直线L方向, 在dt时间内通过垂直于L方向上的面积元ds传递的热量为式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递;是温度梯度;K为导热系数。
对于一个厚度为h、面积为S的圆形板状的不良导体, 若维持上、下面稳定的温度T1和T2,其侧面绝热, 则在时间内t, 沿着与S面垂直方向上传递的热量Q可表示为(3-6b-1)待测圆形板状不良导体用相同形状的铜板夹持, 如图3-6a-1所示。
若要忽略侧面散热, 应使h较小, 因而做成薄圆形板状体。
它和上下铜板密切接触, 做到紧密吻合。
只有这样, 上下铜板的温度T1.T2就是待测不良导体上下面的温度。
当温度稳定时, 导热系数可以表示为(3-6b-2)式中h、S、T1.T2均可测量。
为待测不良导体的传热速率, 在稳定传热状态下, 可以认为它等于下铜板在温度为T2时, 从下面和侧面向环境散热的速率。
本实验用下铜板的冷却曲线来求散热速率, 其方法如下: 取出待测样品, 使上下铜板直接接触一段时间后, 再取走上铜板, 让下铜板向环境散热, 自然冷却。
若这时下铜板通过上下两面和侧面的散热速率为, 则(3-6b-3), (3-6b-4)式中c和m为下铜板的比热和质量。
不良导体导热系数的测量实验报告
实验目的:
1.了解不良导体的特性;
2.测量不良导体的导热系数。
实验原理:
不良导体是指导热性能较差的物质,如木材、塑料等。
导热系数是描述不良导体导热性能的一个物理量,它反映了单位面积、单位厚度、单位温度梯度下热量通过材料传导的能力。
导热系数越小,说明该材料导热性能越差。
实验仪器:
1.不良导体样品;
2.热绝缘材料;
3.热源;
4.温度计;
5.测量仪器。
实验步骤:
1.将热绝缘材料平铺在工作台上,摆放不良导体样品;
2.将热源放置在样品的一侧,使其与材料保持良好的接触;
3.在样品的另一侧放置温度计,用以测量温度变化;
4.开始记录温度的变化,记录一定时间内温度的变化曲线;
5.使用测量仪器测量材料的厚度和面积。
实验数据和结果:
根据记录到的温度数据,可以得到温度随时间的变化曲线。
根据这些数据,可以计算出材料的导热系数。
实验讨论:
在讨论中,可以对不良导体的导热性能进行评估,并分析不同因素对导热系数的影响。
实验总结:
通过本次实验,我们了解了不良导体的特性和导热系数的测量方法。
同时,我们也明白了导热系数与材料导热性能之间的关系。
这对于我们选择材料、设计热工设备等方面都具有重要意义。
不良导体热导率的测定实验报告一、实验目的1、了解热传导现象的基本规律。
2、掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理和方法。
3、学会使用相关实验仪器,如加热装置、温度传感器等,并对实验数据进行处理和分析。
二、实验原理当物体内存在温度梯度时,热量会从高温处向低温处传递,这种现象称为热传导。
对于一个厚度为$d$、面积为$S$ 的平板状不良导体,在稳定传热的条件下,通过该导体的热流量$Q$ 与导体两侧的温度差$\Delta T$ 成正比,与导体的厚度$d$ 成反比,与导体的面积$S$ 成正比,即:$Q =\frac{k S \Delta T}{d}$其中,$k$ 为该不良导体的热导率。
在实验中,我们采用稳态法来测量不良导体的热导率。
将待测不良导体样品夹在两个加热盘之间,加热盘分别保持恒定的温度$T_1$ 和$T_2$($T_1 > T_2$)。
经过一段时间后,样品内的传热达到稳定状态,此时通过样品的热流量等于加热盘在单位时间内传递给样品的热量。
我们通过测量加热盘的功率$P$、样品的厚度$d$、面积$S$ 以及样品两侧的温度差$\Delta T = T_1 T_2$,就可以计算出不良导体的热导率$k$:$k =\frac{P d}{S \Delta T}$三、实验仪器1、热导率测定仪:包括加热盘、样品架、温度传感器等。
2、数字电压表:用于测量温度传感器的输出电压。
3、直流稳压电源:为加热盘提供稳定的电压。
四、实验步骤1、用游标卡尺测量样品的厚度$d$ 和直径,计算出样品的面积$S$。
2、将样品放入样品架中,确保样品与加热盘和散热盘接触良好。
3、连接好实验仪器的电路,打开直流稳压电源,调节输出电压,使加热盘的功率稳定在一定值。
4、等待一段时间,直到温度传感器显示的温度稳定不变,记录此时加热盘的温度$T_1$ 和散热盘的温度$T_2$。
5、关闭电源,取出样品。
6、改变加热盘的功率,重复上述步骤,进行多次测量。
五、实验数据及处理|实验次数|加热盘功率$P$(W)|加热盘温度$T_1$(℃)|散热盘温度$T_2$(℃)|厚度$d$(m)|面积$S$(m²)|热导率$k$(W/(m·K))|||||||||| 1 |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ || 2 |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ || 3 |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ |_____ |计算热导率$k$ 的平均值和标准偏差,并分析实验误差的来源。
物理实验报告测量不良导体的导热系数摘要:本实验通过测量来确定不良导体的导热系数。
实验使用的样品是一只塑料杯,将水倒入塑料杯中,并在杯子的底部固定一块加热器,通过测量上部和下部温度的差异来计算导热系数。
实验结果表明,该杯的导热系数为0.14 W/(m·K),属于低导热材料。
引言:导热是一种物质从高温区域向低温区域传递热量的能力。
导体的导热系数是衡量导热能力的量。
不良导体在电学上电阻较大,而在导热方面具有低导热系数。
利用导热系数可以确定材料是否适合用于绝缘或隔热材料。
实验步骤:1.将约500毫升的水倒入小塑料杯中,然后固定一块加热器在杯底。
2.将导热计的探头插入杯底离加热器最近的位置,并在杯顶外侧的相同位置插入第二个探头。
3.等待一段时间,直到温度稳定后,读取两个探头的温度并记录下来。
4.重复以上步骤,在杯的不同位置多次测量温度。
5.根据测量结果和相应的方程计算出不良导体的导热系数。
实验结果:本实验测量了不良导体(即小塑料杯)的导热系数。
在测量过程中,使用了加热器和导热计两个重要的工具。
通过将温度探头置于加热器底部和杯顶部两个不同位置,得出了该杯的不同位置的温度分布。
通过分析温度差异,测量出不良导体的导热系数。
本实验得出的测量结果如下,小塑料杯的导热系数为0.14 W/(m·K)。
讨论:根据实验结果,可以看出不良导体在导热方面表现略差。
但是,在一些实际应用中,低导热的物质也具有一定的优势,例如用作绝缘材料、隔热材料等。
在这些应用场合中,导热系数较低的物质是非常重要的。
实验中还需要注意一些问题。
例如,在测量进行中,需要等待一定的时间使温度稳定,并且要确保温度探头与测试杯的接触良好。
此外,在实验前还需要对仪器进行了解,以保证实验过程的准确性和安全性。
不良导体导热系数的测量(88):常安 学号:实验目的:1. 了解热传导现象的物理过程。
2. 学习用稳态平板法测量不良导体的热传导系数并用作图法求冷却速率实验原理:1. 导热系数当物体存在温度梯度时,热量从高温流向低温,谓之热传导或传热,传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积,比例系数为热导系数或导热率:dS dxdTdt dQ λ-= (1) 2. 不良导体导热系数的测量厚度为h 、截面面积为S 的平板形样品(橡胶板)夹在加热圆盘和黄铜盘之间。
热量由加热盘传入。
加热盘和黄铜盘上各有一小孔,热电偶可插入孔测量温度,两面高低温度恒定为T 1 和T 2时,传热速率为S hT T dt dQ21--=λ (2) 由于传热速率很难测量,但当T 1 和T 2稳定时,传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。
这时移去橡胶板,使加热盘与铜盘直接接触,将铜盘加热到高于T 2约10度,然后再移去加热盘,让黄铜盘全表面自由放热。
每隔30秒记录铜盘的温度,一直到其温度低于T 2,据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dtdT。
铜盘在稳态传热时,通过其下表面和侧面对外放热;而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比,()()dtQ d h R R h R R dt dQ '++=222ππ (3) 式中dtQ d '为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体,有 dtdTmcdi Q d =' (4) 这样,就有()()dtdTmc h R R h R R dt dQ 222++=ππ (5) 结合(2)式,可以求出导热系数()()dtdT h R T T R h R h c m A A B A A B +-+=)(22212πλ铜铜 实验仪器:散热铜盘,橡胶盘,铜质厚底圆筒,支架,红外灯,数字电压表,双刀双掷开关,热电偶,杜瓦瓶实验容1. 用卡尺测量A 、B 盘的厚度及直径(各测三次,计算平均值及误差)2. 按图连接好仪器3. 接通调压器电源,将电压调到200V 左右,从零开始缓慢升压至T 1=3.2~3.4mV4. 将电压调到125V 左右加热,来回切换观察T 1 和T 2值,没分钟记一次T 1、 T 2的值,若十分钟基本不变(变化小于0.03)则认为达到稳态,记录下T 1、 T 2值5. 移走样品盘,直接加热A 盘,使之比T 2高10℃,(约0.4 mV );调节变压器至零,再断电,移走加热灯和传热筒,使A 盘自然冷却,每隔30s 记录其温度,选择最接近T 2的前后各6个数据,填入自拟表格数据处理:1.铜盘和橡胶盘室温:t=21.7℃铜盘质量:m 铜=900.00g 铜盘比热容:C 铜=0.3709).(K kg kJ 1 2 3 平均值 标准差h A (mm) 8.06 7.84 7.92 7.94 0.1113 d B (mm) 128.52 128.76 128.72 128.67 0.07211 h B (mm) 7.787.827.727.770.02309铜盘的直径:d A =129.79mm 0.07023mm =Ad σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B d d AA 07164.02122=∆+=σ P=0.95 铜盘的厚度:h A =7.94mm 0.1113mm =A h σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B h h AA 1121.02122=∆+=σ P=0.95橡胶盘的直径:d B =128.67mm 0.07211mm =B d σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B d d BB 07348.02122=∆+=σ P=0.95 本实验使用游标卡尺测量铜盘和橡胶盘的直径,因为直径的位置很不好把握,所以在实际操作中会出现一定的误差。
不良导热体一般用稳态热流法,条件符合的话也可以使用激光导热法,但是多次测试的结果差异较大。
使用平板法测量不良导体的导热系数,这是一种稳态法,实验中,样品制成平板状,其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触,下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多,可以认为热量只沿着上下方向垂直传递,横向由侧面散去的热量可以忽略不计,即可以认为,样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度,在同一平面内,各处的温度相同。
扩展资料:
注意事项:
1、注意各仪器间的连线正确,加热盘和散热盘的两个传感器要一一对应,不可互换。
2、温度传感器插入小孔时,要抹些硅油,并使传感器与铜盘接触良好。
3、导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用,可以减少样品侧面与底面的放热比,增加样品内部的温度梯度,从而减小误差,所以实验过程中,风扇一定要打开。
热 导 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热传导系数并用作图法求冷却速率
实验原理:
1. 导热系数
当物体内存在温度梯度时,热量从高温流向低温,传热速率正比于温差和接触面积,定义比例系数为热导系数:
2. 不良导体导热系数的测量
厚度为h 、截面面积为S 的样品盘夹在加热圆盘和黄铜盘之间。
热量由上方加热盘传入。
两面上下温
度恒定为1T 和2T 时,传热速率为:
热平衡时,样品的传热速率与一样温度下盘全外表自由放热的冷却速率相等。
因此每隔30秒记录铜盘自由散热的温度,一直到其温度低于2T ,可求出铜盘在2T 附近的冷却速率
dt
dT 。
铜盘在稳态传热时,通过其下外表和侧面对外放热;而移去加热盘和橡胶板后是通过上下外表以及侧面放热。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比: 式中
dt
Q d '
为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体,有 联立得:
结合导热系数定义即可得出样品的导热系数表达式。
实验内容:
1. 用卡尺测量A 、B 盘的厚度及直径〔各测三次,计算平均值及误差〕。
2. 按图连接好仪器。
3. 接通调压器电源,等待上盘温度缓慢升至1T
4. 将电压调到125V 左右加热,来回切换观察1T 和2T 值,假设十分钟根本不变〔变化小于0.03〕则认为
到达稳态,记录下1T 和2T 的值
5. 移走样品盘,直接加热A 盘,使之比2T 高10℃〔约0.4 mV 〕;调节变压器至零,再断电,移走加热灯
和传热筒,使A 盘自然冷却,每隔30s 记录其温度,选择最接近2T 的前后各6个数据,填入自拟表格
数据处理:
样品盘质量898.5m g = 上盘稳定温度1 3.17T mV = 下盘稳定温度2 2.56T mV =
样品盘比热容1
0.3709()c kJ kg K -=⋅⋅实验前室温=21.8C T ︒室 实验后室温=22.6C T '︒室
几何尺寸均使用游标卡尺测量:
自由散热降温时下盘温度:
下面先处理几何数据:
取0.95P =,3n =则0.95 4.30t = 1.96p k =
a) 对下盘厚度A h :0.768A h cm =/0.0020.001A
A h u cm σ===
游标卡尺测量:C =0.002cm ∆=仪由于下盘∆估因较小而忽略
最后:(0.7680.006)A
h cm =±0.95P =
b) 对下盘直径A D :12.954A D cm =/0.002/0.001A
A D u cm σ===
游标卡尺测量:C =0.002cm ∆=仪考虑直径判断误差,取0.01cm ∆=估
最后:(12.9540.012)A
D cm =±0.95P =
c) 对样品盘厚度B h :0.757B h cm =0.003/0.002B
A h u cm σ===
游标卡尺测量:C =0.002cm ∆=仪由于样品质地较软,取0.01cm ∆=估
最后:(0.7570.014)A
h cm =±0.95P =
d) 对下盘直径B D :12.995B D cm =/0.006/0.003B
A D u cm σ===
游标卡尺测量:C =0.002cm ∆=仪考虑直径判断误差,且样品较软,取0.02cm ∆=估
最后:(12.9950.026)B
D cm =±0.95P =
e) 对上盘稳定温度1T :由于只测量了一次,因此只计算B 类不确定度
电压表测量:3C =0.005mV ∆=仪 对数字万用表∆估忽略
最后:1
(3.170.00)T mV =±0.95P =
f) 对下盘稳定温度2T :由于只测量了一次,因此只计算B 类不确定度
电压表测量:3C =0.005mV ∆=仪 对数字万用表∆估忽略
最后:1
(2.560.00)T mV =±0.95P =
1. 逐差法
将12个数据前后分成2组,然后对应相减:〔对应组数据时间差630180t s s ∆=⨯=〕
电压表测量:3C =0.005mV
∆=仪
对数字万用表∆估忽略
等效测量次数6n =,取0.95P =,则0.95 2.57t = 1.96p k = 最后:(0.250.02)T
mV ∆=±0.95P =
得出逐差法降温速度:30.25 1.38910/180
dT T mV s dt t -∆===⨯∆
根据公式: 代入数据: 得到:
由不确定度传递公式: 求微分: 合并同类项: 转化成不确定度:
12222222221212
222()()()[][]()
()()(4)(2)(4)(2)B B A A h D A D A h V V T B B A A A A A A A A U U h U D U U U U U
h D D h D h D h D h T V V V V λλ∆=++++++++++∆--即:
U λ= 代入数据: U λ=
得: 最后:
2. 作图法
先在2 2.56T mV =前后取点,再作一直线,使所取个点尽量均匀的分布在直线两边。
最后在直线上取两较远非原始数据点计算斜率: 根据公式: 代入数据:
得到:
3. 线性回归法
利用计算机自动拟合的数据,有:
电压表测量:3C =由于300t s =,取1
0.005/300mV s
-∆=⋅仪
对数字万用表∆估忽略
将拟合数据的置信概率伸展为0.95,参加B 类不确定度并合成: 取0.95P =则 1.96p k =
最后:31(1.370.04)10dT
mV s dt
--=±⨯⋅0.95P = 下面计算热导系数,根据公式:
Linear Regression: Y = A + B * * Parameter Value Error
---------------------------------------------------
A
B E-5 --------------------------------------------------- R
SD
N
P
---------------------------------------------------
---------------------------------------------------
代入数据: 得到:
再利用逐差法中所推导的不确定度公式计算热导系数的不确定度:
U λ= 代入数据:
U λ=
得: 最后:
误差分析:
1. 测量圆盘直径时由于样品盘较软,测量时会有一定形变,可能测得的直径会有所不准。
而且加热时其
受压力很大,可能在稳定时厚度有变化。
一个比较好的方式是在测量完稳定温度后马上再次测量样品盘的几何尺寸,看有多大变化。
2. 根据记录的室温=21.8C T ︒室及=22.6C T '︒室
可知实验中环境温度有一定变化,这会改变下盘与空气的温度梯度以及样品盘侧面的散热速度,最终影响稳定温度和降温速度。
不过由于降温速度测量很快,
因此本次实验的温度读数都集中在一个比较短的橡胶盘的侧面也有散热,而本实验认为样品只从上盘吸热和向下盘放热。
因此试验选用的样品盘厚度必须要小。
3. 通过结果可以看到,用逐差法计算时的不确定度到达了结果的15%
〔11
(0.2400.039)W m K λ--=±⋅⋅〕,这主要是由于铜盘自由散热速率A 类不确定度较大导致的。
虽
然利用线性回归法能大幅降低A 类不确定度,使得计算出来的总不确定度相对逐差法大幅减小,但我觉得实际测量值依然不够准确,因为测量降温速率时只能准确到0.01mV 。
实验总结:
我觉得热学量可以说是物理实验中最难测量的,原因在于一般情况下很难防止外界对热学量的影响,而且我们只能根据温度的变化去间接测量。
而且这次测量所需等待思考题:
1. 试分析实验中产生误差的主要因素。
答:之前已经分析主要误差,除此之外还有秒表读数的误差,热电偶与盘体接触不良等原因引起的误差。
2. 傅里叶定律
dt
dQ
〔传热速率〕是不易测准的量。
本实验如何巧妙地避开了这一难题? 答:传热速率确实是不容易测量的量,但对于自由散热的物体,可以根据其温度下降曲线求出在*个温度的
温度下降速率,再根据其比热容计算出散热速率。
本实验利用温度一定时散热速率与面积成正比的关系,将样品的传热速率转化为良导体的自由散热速率,化繁为简。
评语:
这份报告做得非常不错,呵呵,再接再厉,继续努力。
求出来的导热系数稍稍偏大,有可能是橡胶本身的原因。
附原始数据:。