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一、实验重点及难点

实验重点：

1.?观察和认识传热现象和过程，理解傅某某导热定律；

2．学习用平板稳态法测量不良导体（橡胶盘）的导热系数。

实验难点:

1．测量加热时，加热桶、铜盘、橡胶盘的平衡温度；

2．加热过程中系统升、降温速度的控制；

3.?铜盘散热速率的求解。

二、实验仪器

不良导体热导率的测量实验的主要仪器有:主仪器,自耦调压器,,数字电压表,杜某某,游标卡尺,电子秒表。

三、实验原理

/

????图1?不良导体热导率测定装置原理图

1.?导热系数

1882年法国科学家傅某某(J.Fourier)建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅某某热传导定律的基础之上的。本实验采用的是稳态平板法测量不良导体的导热系数。

当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导。傅某某指出，在dt时间内通过dS面积的热量dQ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即：

/

式中
为传热速率，
是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温区向低温区域，
是导热系数，表示物体导热能力的大小。在SI中
的单位是W·m-1·K-1?。对于各向异性材料，各个方向的导热系数是不同的(常用张量来表示)。

2.?不良导体导热系数的测量

图1是不良导体导热系数测量装置的原理图。设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的
和
(侧面近似绝热)，即稳态时通过样品的传热速率为：/式中
为样品厚度，
为样品上表面的面积，(
)为上、下平面的温度差，λ?为导热系数。

在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。因为待测平板上下平面的温度
和
是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。

实验时，在稳定导热的条件下(
和
值恒定不变)，可以认为通过待测样品盘B的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等。因此可以通过C盘在稳定温度
附近的散热速率
，求出样品的传热速率
。

在读取稳态时的
和
之后，拿走样品B，让C盘直接与传热筒A底部的下表面接触，加热铜盘C，使C盘温度上升到比
高10℃左右（即温差电动势升高0.42mv左右），再移去传热筒A，让铜盘C通过外表面直接向环境散热(自然冷却)，每隔一段时间记下相应的温度值，求出C盘在
附近的冷却速率
。

对于铜盘C，在稳态传热时，其散热的外表面积为
，移去传热筒A后，C盘的散热外表面积为
，考虑到物体的散热速率与它的散热面积成比例，所以有：

/式中
和
分别为C盘的半径和高度。

根据热容的定义，对温度均匀的物体，有：

/对应铜盘C，就有:

/其中
和
分别是C盘的质量和比热容，将此式代入式(3)中，有：

/比较式(6)和(2)，便得出导热系数的公式：/

、
、
、
、
、T1和T2都可由实验测量出准确值，本实验所用黄铜盘比热容为370.8J/(kg·/),因此，只要求出
,?就可以求出导热系数λ。

逐差法处理数据

逐差法是为提高实验数据的利用率，减小了随机误差的影响，另外也可减小了实验中仪器误差分量，因此是一种常用的数据处理方法。

逐差法是针对自变量等量变化，因变量也做等量变化时，所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果。其优点是充分利用了测量数据，具有对数据取平均的效果，可及时发现差错或数据的分布规律，及时纠正或及时总结数据规律。它也是物理实验中处理数据常用的一种方法。

??本实验的数据是每30秒记录一次温度值，依次为T1、T2、T3……Ti,如果计算平均值，有/（1）

实际上只有Tn和T0两个数据 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 10



散热速率

0.001467





铜质量

0.8



铜比热容

370.8



铜盘直径

0.01292



铜盘厚度

0.0069



橡胶直径

0.013



橡胶厚度

0.00786



橡胶质量

200.2



橡胶导热系数

0.***9





七、思考题

?1. 试分析实验中产生误差的主要因素。答:?使用游标卡尺测量直径时,由于直径的位置不好把握,故存在一定误差。做记录时秒表暂停,有一定的实际中橡胶盘的侧面也有散热,橡胶盘的散热量不完全等于铜盘的散热量。做实验的时候实验室的环境的温度有变化,铜盘的散热速率不恒定。

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