实验指导书-总1 - 图文(7)

c2m2??2m?t??2S2(?2??0) ??1?1S1(?1??0)mc1m1?t所以：

??1?2S2(?2??0)m?t c2?c1??2?1S1(?1??0)mm2?tm1假设两样品的形状尺寸都相同（例如细小的圆柱体），即S1?S2；两样品的表面状况也相同（如涂层、色泽等），而周围介质（空气）的性质当然也不变，则有?1??2。于是当周围介质温度不变（即室温?0恒定），两样品又处于相同温度?1??2??时，上式可以简化为：

??)1?t （6-5） c2?c1??m2()2?tm1(如果已知标准金属样品的比热容c1，质量m1；待测样品的质量m2及两样品在温度?时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容c2。几种金属材料的比热容见表1：

表1：常用金属的比热容

金属材料 比热容Fe Al Cu 0.1070.2160.092(cal?g?1??C?1)

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图1 金属比热容实验仪结构图

实验仪的结构如图1所示，加热器为150W的电烙铁芯，带有保护装置，可通过调节手轮自由升降，加热器电源为市电AC220V。被测样品安放在有较大容量的防风圆筒即样品室内的样品座上，测温热电偶放置于样品座内的小孔中。当加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热；样品需要降温时则将加热装置移上。

采用常用的铜-康铜做成的K型热电偶测量试样温度，将热电偶接到热电偶数字温度计模块上进行测温，以实验环境作冷端补偿，最高测量温度为200?C，分辨率0.1?C。 四、实验步骤

1.将加热器调节到齿条的上端，连接好加热器电源线和热电偶输入线。 2.按照实验九步骤，对热电偶数字温度计进行校准。

3.选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品（黄铜、铁、硬铝）用电子天平分别秤出它们的质量。再根据MCu?MFe?MAl这一特点，把它们区别开来。

4.通过调节手轮将加热装置向下移动到底后，对被测样品进行加热，当样品加热到120?C时，移去加热器，样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却（筒口须盖上盖子），记录样品的冷却速率(??)??100℃。具体做法是记录温度指示从102?C降到98?C所需的?t时间?t，从而根据式(6-5)计算未知样品比热容。

5.按铁、铜、铝的次序，分别测量其温度下降速度，每一样品应重复测量6次。每次测量之后，待环境温度将到室温后，测量下一组数据，并将实验数据记录在表2中。

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表2 样品的温度下降时间

次数 样品 Fe Cu Al 1 2 3 4 5 6 ?t 1.根据表格2中的数据，计算出样品的比热容，并计算其相对误差。 注意事项

1.注意测量降温时间时，操作要迅速、准确，以减小人为计时误差。

2.加热装置向下移动时，动作要慢，应注意要使被测样品垂直放置，以使加热装置能完全套入被测样品。

3.每次测量之后必须使环境温度将到室温之后进行下一组实验。

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实验七 导热系数的测定

一、实验目的

1.学习测定不良导体导热系数的原理和方法。 2.测量样品的导热系数。 二、实验仪器

实验台，Pt100温度传感器，Pt100数字温度计模块，导热系数实验对象。 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就提出了热传导的定律：若在垂直于热传导方向x上作一截面?S，以?传递的热量△Q为：

?Qd????()x0??S （7-1） ?tdx?d??那么在时间?t内通过截面积?S所?表示x0处的温度梯度，

?dx?x0式（7-1）中?Q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

?t度方向相反。比例系数?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，单位为：W?m?1?K?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R1?60mm，厚度h1?5mm，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?1，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?2，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h1不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响，则式（7-1）改写为：

???2?Q??1S （7-2） ?th1式（7-2）中S为样品横截面积。

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当?1、?2稳定时，传热也达到稳定，即通过待测样品的传热率和黄铜盘向侧面和下面的散热率相同。

?Q?q? （7-3）

?t?1??10?t?2??20式（7-3）中?10、?20是传热稳定时的样品上下表面温度，?Q是样品的传热速率，?q是

?t?t黄铜盘散热率。

图1 导热系数实验对象结构图

那么式（7-2）可表示为：

????q??1020S （7-4）

?t?2??20h1?q由（7-4）式可见关键是求黄铜盘散热率。为此，当测出稳态时样品上下表面

?t?2??20的温度?10和?20之后，拿走样品，让加热盘下表面直接与散热盘上表面接触，加热下黄铜盘使温度上升到高于?20若干度后再拿去上黄铜盘，让下黄铜盘自然冷却，直接向周围散热。下黄铜盘在?2??20附近的冷却速率为：

???t

?2??20黄铜盘的散热率与其冷却速率的关系为:

?q???mc?t?2??20?t （7-5）

?2??20式(7-5)中m是黄铜质量，c是黄铜比热（c?3.77?102J/kg?k）。

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