实验一固体导热系数的测定

            结果报告书

                                                

                                                  姓名:崔林

                                                  第三小组:金一,崔林

                                                  学号:08105003

一.     实验背景:

导热系数是表征物质热传导性质的物理量，对保温材料要求其导热系数尽量小，对散热材料要求其导热系数尽量大。由于导热系数与物质成分、微观结构、温度、压力及杂质含量密切相关，所以在科学实验和工程设计中材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。

二.     实验目的:

1.计算热损失。

2.理解各个化工装置材料的选定的基准。

3.熟悉傅立叶(Fourier)定律。

三.     实验原理:

傅立叶(Fourier)定律为热传导的基本定律，表示通过等温表面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比，

                                                (1-1)

----- 导热速率 (Kcal/hr)

----- 等温表面的面积(m²)，

- ----- 平均导热系数  (Kcal/hr .m. °C)

即对稳定的平壁热传导，导热速率q和传热面积都为常量故式(1-1)可以简化为：

                                           （1-2）

                                         （1-3）

-------温度差°C

------平壁厚度

------热阻  ()                                      

   图1-1 单层平壁的热传导

     对大多数均质的固体，与温度大致成线性关系，即；

                                                   (1-4)

----固体在温度为T ℃时等导热系数（Kcal/hr .m. °C）；

---- 固体在0℃时的导热系数；（Kcal/hr .m. °C）

---- 常数又称为温度系数，对大多数的金属材料为负值；而对大多数的非金属材料为正值。(1／℃)

若式(1-1)  -----  代入到(1-4)可得：

                                                          (1-5)

式(1-5)里，平壁厚度 ()和温度范围内积分，可得：

                                    (1-6)

若 为温度和之间的K的平均值，为时，可得：

                                                     （1-7）  

  积分可得：

                                            （1-8）

L---导热的物质厚度

     式（1-8）对流和辐射作用不存在时，测定简单的固体导热系数时，可以使用。

（2）  考虑界面热阻计算导热系数

 

                                              图1-2

   图1-2所示，已知A,B,C的导热系数等标准物质(Standard Cylinder)，这之间有要测的金属( Test Piece)D，E 。

稳定状态下

                            (1-9)

在这里Standard Cylinder为R, Test Piece为X，导热速率Q：

                                                  (1-10)

               (1-11)

式(1-11)是不考虑standard cylinder和test piece之间的界面热阻时使用的，但金属界面里发生温度下降所以必须校正。如图1-3所示，standard cylinder和test piece 存在2个界面，为了去掉界面热阻，使用厚度不同的两个test piece可以去掉界面热阻。

   假如两个test piecede的界面热阻为 时总热阻：

      resistance of test piece ( 4mm)

       resistance of test piece ( 2mm)

在这里是界面热阻和test piece 的热阻之和

    ()                                (1-12)

式(1-12)里热阻是      

              (1-13)

忽视界面的厚度

             （1-14）

(1-14)where,:(界面热阻+test piece)的导热系数。

从式(1-12)(1-13)(1-14)

                  (1-15)

整理可得：

                         (1-16)  

从式(1-11)里

         

从式(1-16)里，只要求可以计算出。

测定画出图1-2，从图中查出和。

根据如下的式计算。

四.实验装置:

1) Main power   2)Pilot lamp  3)Heater power s/w  4)Temp contrtolle 

5)温度测定按键 S/W   6) Temp indicatorr 7)Ampere meter 8)Volt meter

10) Overflow pot  11) 给水   12) 热源 Cover   13)测定片 螺丝

14)标准片 支持架    15)热传 固定架   16)冷却水槽  

五. 实验步骤:

(1)测定 Test piece 的厚度。

(2)把测定的Test piece安装后，加冷却水。

(3)插电后，调节温度和冷却水量。

(4)转换温度指示计的开关读出温度。

(5)同样的实验做三次取平均值。

六.实验数据处理

以铜为例子计算传导率:

 代入

所以,   =t4-t5,    =t6-t7 代入以下式子

 

    

代入K_a^’, K_b^’

同理可得 不锈钢：0.887Kal/m﹒kr

             铝： 0.998Kal/m﹒kr.

讨论：虽然得出了铜，不锈钢，铝的传导系数，但是与实际值差距较大。

实验失败的原因：1.可能是两片没有与上下完全吻合，导致加热不均    匀，失去热量。

                2．温度的变化量比较大，数据读取的时候偏差比较大。

六 .参考文献:

百度.助教提供实验材料

第二篇：实验十二、固体导热系数的测定

十二、固体（橡胶）导热系数实验的操作步骤（313）

一、实验的操作步骤

1、 利用螺旋测微器测量上、下铜板和橡胶厚度，再用游标卡尺测量它们直径，并称量下铜板的质量等物理量，多次测量，记录在事前设计的表格，然后取平均值。其中铜板的比热容C=0.385kJ/(K·kg)；

2、 根据初始温度设定高温，按一下温控器面板上的设定键（S），此时设定值（SV）后一位数码管开始闪烁。根据实验所需温度大小，设定加热终了温度，等待8秒钟后就会自动返回至正常显示态。

3、 将热电偶高温端Ⅰ、Ⅱ分别插入对应的圆筒发热盘侧面和散热盘（P）侧面的小孔中，千万注意不要插错，并将低温端插入旁边杯子中的冰水混合物中，被插侧面的二小孔与冰点补偿器应放在同一侧，以免线路错乱。热电偶插入小孔时，最好涂抹硅脂，并插入洞孔底部，保证其接触良好。

4、 手动控温测量导热系数时，控制方式开关打到“手动”。将手动选择开关打到“高”档，根据目标温度的高低，加热一定时间后再打至“低”档。根据温度的变化情况要手动去控制“高”档或“低”档加热。然后，每隔5分钟读一次温度示值（具体时间因被测物和温度而异），如在一段时间内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。

5、 自动PID控温测量时，控制方式开关打到“自动”,手动选择开关打到中间一档，PID控温表将会使发热盘的温度自动达到设定值。每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。

6、 记录稳态时T1、T2值后，移去样品，继续对下铜板加热，当下铜盘温度比T2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘所有表面均暴露于空气中，使下铜板自然冷却。每隔30秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直至温度下降到T2 以下一定值。作铜板的T—t冷却速率曲线（选取邻近的T2测量数据来求出冷却速率）。

7、 本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约4.0mV，故应配用量程0～20mV，并能读到0.01mV的数字电压表（数字电压表前端采用自稳零放大器，故无须调零）。由于热电偶冷端温度为0℃，对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不大时，其温差电动势（mV）与待测温度（0℃）的比值是一个常数。由此，在利用公式（S1-4）计算时，可以直接以电动势值代表温度值。

??mc???

?????0?h4 ??（1） ??(?1??2)?D2

二、实验注意事项

1、稳态法测量时，要使温度稳定约40分钟左右。手动测量时，为缩短时间，可先将热板电源电压至于高档，一定时间后，毫伏表读数接近目标温度对应的热电偶读数，即可将开关拨至低档，通过调节手动开关的高档、低档及断电档，使上铜盘的热电偶输出毫伏值在±0.03mV范围内。同时每隔30秒记下上、下圆盘A和P对应的毫伏读数，待下圆盘的毫伏读数在3分钟内不变即可认为已达到稳定状态，记下此时的VT1和VT2值。

2、测金属导热系数的稳态值时，热电偶应该插到金属样品上的两侧小孔中；测量散热速率时，热电偶应该重新插到散热盘小孔中。T1、T2值为稳态时金属样品上下两侧温度，此时散热盘P的温度为T3，因此，测量P盘的冷却速率应为：

?T

?tT?T3???mc?T?tT?T3?h1?2 ??（2） T1?T2?R

1

3、 测T3值时要在T1、T2达到稳定时，将上面测T1或T2的热电偶移下来插到金属下端的小孔中进行测量。高度h按金属样品上小孔的中心距离计算。

4、样品圆盘B和散热盘P的几何尺寸，可用螺旋器与游标卡尺多次测量取平均值。用电子秤称量散热盘质量m （约0.8㎏），也可用药物天平称量。

5、 本实验选用铜—康铜热电偶，温差100℃时，温差电动势约4.27mV ，故配用了量程0—20mV的数字电压表，并能测到0.01ｍV的电压。

十一、气体比热容实验操作步骤（313）

1、 打开控制开关，设定你所需要的周期数N，比如N=50；

2、 打开气泵开关往容器充气，使之，钢球振幅适当；

3、 按动执行开关，让控制箱开始记数，当记数至挡光100时，停止记数，将荧光屏上的时

间记录在表格中；

4、 然后，重复操作多次（比如5次），并将每次的时间分别记录在相应的表格中，然后分

别计算出相应周期；

5、 用螺旋测微器测量钢球直径5次，在电子秤上称出钢球质量m，共测量5次；

6、 从黑板上，把相关参数抄到数据表格中；

7、 根据所告公式，进行数据处理；

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六、组装双臂电桥（311）

实验内容：测量铁、铝与铜等电阻率和电导率

操作步骤：

（1）根据电路原理图连接实物图，注意将开关连接在桥路上；

（2）选择恰的比率：在实验中，我们一般选择比率为R2R4； ??或R1R3

（3）调节比较臂，使电桥达到平衡，读出Rn?拨盘读数?转盘读数

（4）根据公式计算：RX?R2RRn?4Rn； R1R3

（5）利用逐差法处理实验数据，求解电阻率与电导率；

（6）写出结果表达式；

二十八、紫外可见光分光光度计（403）

实验内容：在紫外和可见光波段测量铷滤光片吸收曲线。

1、

2、 打开仪器样品室，看室内是否有异物挡在光路上； 打开电源开关（仪器背后），按任意键，仪器浸入自检状态（此过程约需

要五分钟）。自检结束后，显示器上显示“546nm 100.0%T”；

3、 按“MODE”键选择所需测量方式（选择测透光率或者吸光度），将铷滤光

片放入样品室其中一个槽位中；

4、 拉出拉杆，使铷滤光片挡在光路上，按波长设定键，调节测定波长，测出

不同波长下，光线的透光率或者吸光度，从400nm侧到800nm，参考书上P259图3，在变化平缓区域每隔5nm测量一组数据，在变化较大如550nm-600nm区间，每隔1nm测量一组数据。

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