内容发布更新时间 : 2024/7/1 1:25:02星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验六(b) 不良导体导热系数的测定

实验目的

1．掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平衡法。

2．测定不良导体（橡皮或胶木）的导热系数，并学会利用冷却法绘制曲线求等温冷却速度。

实验仪器

不良导体导热系数测定仪，温度计（0～100℃，精确到0.1℃），蒸汽发生器，气压计（共用），游标卡尺，螺旋测微器，秒表。

实验原理

不良导体导热系数测定仪器装置如图3－6b－1所示。上铜板与蒸汽室相接，汽室内的温度T1为水的沸点温度，可由气压计测出室内压强值，再按附近压强与沸点之间的关系求得T1。下铜板侧面开有一个小孔，可插入温度计，测量T2，下有绝热支架，便于悬在空中有利于散热。热传导理论指出，只要物质内部的温度不均匀，便有热量传递。根据热传导定律，沿直线L方向，在dt时间内通过垂直于L方向上的面积元ds传递的热量为

式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；是温度梯度；K为导热系数。

对于一个厚度为h、面积为S的圆形板状的不良导体，若维持上、下面稳定的温度T1和T2,其侧面绝热，则在时间内t，沿着与S面垂直方向上传递的热量Q可表示为

（3－6b－1）

待测圆形板状不良导体用相同形状的铜板夹持，如图3－6a－1所示。若要忽略侧面散热，应使h较小，因而做成薄圆形板状体。它和上下铜板密切接触，做到紧密吻合。只有这样，上下铜板的温度T1、T2就是待测不良导体上下面的温度。当温度稳定时，导热系数可以表示为

（3－6b－2）

式中h、S、T1、T2均可测量。为待测不良导体的传热速率，在稳定传热状态下，可以认为它等于下铜板在温度为

T2时，从下面和侧面向环境散热的速率。本实验用下铜板的冷却曲线来求散热速率，其方法如下：取出待测样品，使上

下铜板直接接触一段时间后，再取走上铜板，让下铜板向环境散热，自然冷却。若这时下铜板通过上下两面和侧面的散

热速率为，则

（3－6b－3）

， （3－6b－4）

式中c和m为下铜板的比热和质量。作T～t冷却曲线如图3－6b－2所示，在T2点取切线求出其斜率

把（3－6b－3）、（3－6b－4）两式代入（3－6b－2）式后得

（3－6b－5）

实验内容

1．测量上下铜板（实为圆柱体）的S和S侧，并称出其质量m。

2．装好仪器，接通蒸汽发生器，观察上、下铜板的温度，等待温度稳定后，记录温度的数值T1，T2。

3．去掉待测样品，把上、下铜板直接接触，使下铜板温度升高10℃左右，然后去掉铜板，自然冷却，每隔30秒记录一次温度T′，直至T1′降到T2以下10～12℃停止，重复三次。

4．在实验中应注意以下几点：

（1）T1和T2达到稳定后再读数。

（2）实验过程中不要移动下铜板，且使蒸汽发生器出口远离下铜板，以免影响环境温度。

数据处理

将测量数值填入自拟表格中，并做出下铜板自然冷却曲线，求得当T’＝T2时斜率然后根据（3－6b－5）式计算K值，并求出其百分误差。

的值并将三次得到的取平均值，作为值，

思考题

1．比较不良导体和良导体导热性的差别，说明其导热系数测量方法的异同。

2．在T’’～ t图上求时应该选取哪一点的斜率？为什么？

3．注意观察实验过程中环境温度的变化，研究它对实验结果的影响。

4．按照温度测量误差为±0.05℃估计，并考虑其它测量值误差，估算实验误差范围。