二级大物实验报告-不良导体的导热系数

实验题目：不良导体导热系数的测量

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

导体的导热系数并利用作图法求冷却速率。

实验原理：1、导热系数

导热系数是反映材料热性能的重要物理量。目前对导

热系数的测量均建立在傅立叶热传导定律的基础上。本实验采用稳态平板法。

根据热传导理论，当物体内部存在温度梯度时，热量

从高温向低温传导：

dQdT????dxdtdt

其中λ就是导热系数。 2、不良导体导热系数的测量

样品为一平板，当上下表面温度稳定在T1、T2，以hB表示样品高度，SB表样品底面积：

T?TdQ??12?SBdthB

由于温差稳定，那么可以用A在T2附近的dT/dt（冷却速率）求出dQ/dt。

根据散热速率与散热面积成正比，则

dQ?RA(RA?2hA)dQPRA?2hAdQP????dt2?RA(RA?hA)dtRA?hAdt

又根据

dQPdT?mc?dtdt

有

??mchB(RA?2hA)dT?22?RB(T1?T2)(RA?hA)dt

从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。 实验内容：1、用游标卡尺测量A、B两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；

2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至250V左右进行加

热至一定温度（对应T1电压值大约在3.20-3.40mV）；

3、将电压调至125V左右，寻找稳定的温度（电压），使

得板上下面的温度（电压）10分钟内的变化不超过0.03mV，记录稳定的两个电压值；

4、直接加热A板，使得其温度相对于T2上升10度左右； 5、每隔30s记录一个温度（电压）值，取相对T2最近的

上下各6个数据正式记录下来；

6、整理仪器；数据处理。

实验数据： 几何尺寸测量： 序号 1 直径（mm） 2 3 1 厚度（mm） 2 3 A板 B板 132.16 131.92 132.16 131.90 132.18 131.92 10.30 8.10 10.28 8.12 10.28 8.12 A、B板的几何尺寸测量结果

A质量m=1108.6g，比热容c=0.3709kJ/kgK。

稳定温度（实际是电压值）： T1：2.97mV T2：2.09mV A盘自由散热过程中： 序号 T（用电压，mV） 序号 T（用电压，mV） 自由散热温度（最接近T2的12个）

数据处理：

将导热系数的公式变形为

??2mchB(DA?4hA)dV?2?DB(V1?V2)(DA?2hA)dt1 2.27 2 2.24 3 2.21 4 2.18 5 2.15 6 2.12 7 2.07 8 2.04 9 2.01 10 1.99 11 1.96 12 1.93

A盘直径的平均值

DA?DA1?DA2?DA3132.16?132.16?132.18?mm?132.17mm

33B盘直径的平均值

DB?DB1?DB2?DB3129.42?129.44?129.52?mm?129.46mm33

A盘厚度的平均值

hA?hA1?hA2?hA37.02?6.90?6.92?mm?6.95mm33

B盘厚度的平均值

hB?hB1?hB2?hB38.02?7.92?8.00?mm?7.98mm33

利用ORIGIN作图得到dV/dt：

3.02.9 B Linear Fit of Data1_B2.8V/mV2.72.62.52.4-50050100150200250300350t/s图一：A盘散热过程线

形拟合图

Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------ A 2.97128 0.00413 B -0.00156 2.12215E-5

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------ -0.99907 0.00761 12 <0.0001

------------------------------------------------------------ 从中得到dV/dt=1.56×10-3mV/s 于是计算有：

??dV2?DB(V1?V2)(DA?2hA)dt?2mchB(DA?4hA)2?0.806?0.389?103?7.98?10?3?(0.12989?4?6.95?10?3)?1.56?10?3?W/(m?K)2?33.14?0.12946?(3.09?2.73)?(0.12989?2?6.95?10)?0.45W/(m?K)

测量列DA的标准差为

?(DA)??(DiA?DAi)2n?1(129.89?130.04)2?(129.89?129.72)2?(129.89?129.90)2?mm?0.16mm3?1

取P=0.68，查表得t因子tP=1.32，那么测量列DA的不确定度的A类评定为

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