测量固体导热系数的研究

引言：测量导热系数的方法比较多，可以归纳为两类基本的方法，一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的分部，然后进行测量，在动态法中，就是待测样品中的温度随时间的变化而变化在做的时候可能较为复杂，所以本试验采用稳态法进行测量。
实验原理：根据傅立叶导热方程式，在物体内部取两个垂直于热传导的方向，彼此间相距为h，温度为T1和T2(设T1>T2)的平行平面，若平面面积为,则在时间内通过面积的热量满足表达式

K就是该物质的导热系数，即热导率。其单位为

此试验我们用TC-3型导热系数测定仪测定，该系统的结构如图所示

 其中A为带发热器的铜盘，B为散热铜盘，C为待测样品，发热器通电后，热量从A盘传到C盘，再传到B盘，由于A，B都是良导体，所以其温度T2，T2即代表样品上下表面的温度。T1，T1分别由插入A，B盘边缘的小孔的热点偶I来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶G的冰水混合物中，通过传感器切换开关切换A,B盘中的热电偶I1,I2与数字电压表的连接回路由此可以知道单位时间内通过待测样品C任一圆截面的流量             
 （其中RC为样品的半径，hC为样品的厚度）
当热传导达到稳定状态时，T1和T2值不变，于是通过样品C上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环境散热的速率相等，因此可以通过铜盘B在稳态温度时的散热速率来求热流量然后移去C盘，让A和B直接接触，当盘B的温度上升到高于稳定时的值T2若干摄氏度时，再将A移开，让B自然冷却，观察T2的变化，然后求出B的冷却速率，
（为B的质量，c为B的比热容。）本论文由论文同学网()整理，更多论文，请点毕业论文范文查看
在达到稳态时，B上面一小块被覆盖，所以其暴露在空气中的面积为
，因为物体的冷却速度与它的表面积成正比，

即

 试验仪器介绍：TC—3型导热系数测定仪    金属样品   TW—1型物理天平     游标卡尺    电子秒表    冰水    硅油
试验结果分析

基本数据
铜的比热容c=0.09197×4.1868×=385.06     室温t=17.50.1
散热盘B：直径2     半径
          厚度         质量
样品C： 直径2       半径
         厚度

2．实验数据
（1）稳态时、的数据
 1 2 3 4 5 平均 
 1.62 16.2 1.62 1.63 1.63  
 1.43 1.42 1.42 1.41 1.42  

（2）散热速率
 0 30 60 90 120 150  
 1.55 1.48 1.41 1.36 1.30 1.24 0.0021 
（3）散热速率图：

由上散热速率图表得=0.0021
根据以上公式并代入数据得K=132.38。
  铝合金的导热系数在一般条件下基本上在130之间， 根据以上所得的结论，K=132.38在铝合金的导热系数误差范围之内，相对来说本次实验还算是成功的，但其中也包含了相对较大的误差，说明在实验中也存在了很多问题。
 
 据分析，其产生误差的主要原因可分为以下几个方面：                   
人为误差：实验操作不规范或在记录数据是引起的误差。
 仪器误差：测量时测量样品与散热盘和热电偶接触不良或散热盘上有其他杂质导致其散热速率发生改变等都回对实验结果产生影响，还有就是仪器本身存在的误差。
 环境误差：实验环境温度的变化也会给实验结果带来一定的影响。
 
本实验该注意的问题：在实验前将加热铜板和散热铜板擦干净，样品两端面擦干净以后涂上硅油，以保证接触良好。该实验要使发热铜盘的温度达到，所以在实验过程中如需触及电热板的，应先关闭电源，以免烫伤。在实验结束后应立即切断电源，妥善放置样品，不要使样品的两端划伤而影响了实验的准确性。
参考资料：
张三慧主编《大学物理学—热学》  清华大学出版社  1999年
李学慧主编《大学物理实验》 高等教育出版社   2005年6月20日