导热系数的测定 大学物理实验

【导热系数的测定 大学物理实验】 导热系数是衡量材料导热能力的关键参数，它描述了在单位温度梯度下，单位面积、单位时间内的热量传递速率。本实验旨在让学生掌握稳态法测定不良导体如橡胶等材料的导热系数，并了解物体散热速率与传热速率之间的关系。 实验原理基于傅里叶热传导定律，该定律指出，热量传递速率与温度梯度和材料的导热系数成正比，方向是从高温区向低温区。公式表示为：Q = -λ * (dθ/dx)，其中Q是传热速率，λ是导热系数，dθ/dx是温度梯度。在稳态条件下，传入和传出的热量相等，样品内部温度不随时间变化，此时可以通过测量样品两侧的温差来计算导热系数。 实验过程中，使用发热盘产生热量，通过传热筒和杜瓦瓶维持稳定的温度环境。温差电偶作为温度传感器，用于检测样品（橡胶盘）和散热盘（黄铜盘）的温度。当系统达到稳态，散热盘的散热速率与样品的传热速率相等，可以利用散热盘自由冷却时的降温速率来推算其散热速率，从而计算导热系数。 实验步骤包括：调整实验装置，确保无间隙；控制发热盘温度在3.50±0.03mV；监测散热盘的温度，待其在10分钟内保持不变，表示系统达到稳态；移除橡胶盘，使散热盘直接接触发热盘，然后分离并记录散热盘的温度变化，利用逐差法计算冷却速率；根据公式和测量数据计算橡胶盘的导热系数，并与标准值对比，分析误差。 温差热电偶是实验中的一个重要工具，它基于塞贝克效应，当两种不同金属的两端存在温差时会产生电动势，电动势与温差成正比，因此可以用来测量温度差异。 通过这个实验，学生不仅能够学习到导热系数的测定方法，还能深入理解热传导的基本规律，以及如何运用这些原理去分析实际问题。同时，实验还强调了精度控制和数据处理技巧，对于提高学生的实验技能和理论应用能力具有重要意义。