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北航物理实验研究性报告
实验题目：稳态法测不良导体的热导率
题目代号：1022
第一 晓成14151093
第二 继伟14151077
一、摘要
由于温度不均匀，热量从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。导热系数是表征物质热传导性质的物理量。按傅里叶定律，其定义为单位温度梯度〔在1m长度温度降低1K〕在单位时间经单位导热面所传递的热量；材料构造的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。
二、关键词
稳态法傅里叶导热方程式热电偶温差计不良导体热导率
三、实验根本要求
1．了解热传导现象；
2．学****用稳态法测不良导体的导热系数；﹒
3．学会用作图法求冷却速率。
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四、实验原理
所谓稳态法，就是利用热源在待测样品部形成不随时间改变的稳定温度分布，然后进展测量。
1882年Fourier给出了热传导的根本公式——Fourier导热方程。方程指出，在物体部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h、温度分别为Ѳ1、Ѳ2的平行平面〔Ѳ1>Ѳ2〕，假设平面面积为S，那么在δt时间通过面积S的热量δQ满足下述方程：
(1)
式中，δQ/δt 为热流强度，k称为该物质的热导率〔又称导热系数〕，单位为×.
本实验装置如图1所示。在支架D上依次放上圆铜盘P、待测样品B和厚底紫铜圆盘A。在A的上方用红外灯L加热，使样品上、下外表分别维持在稳定的温度Ѳ1、Ѳ2q，Ѳ1、Ѳ2分别用插入在A、P侧面深孔中的热电偶E来测量。E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H的冰水混合物中。数字式电压表F用来测量温差电动势。由式〔1〕知，单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为
(2)
式中，为圆盘样品的直径，为样品厚度。当传热到达稳定状态时，通过B盘上外表的热流量与由黄铜盘P向周围环境散热的速率相等。因此，通过求黄铜盘P在稳定温度Ѳ2时的散热速率来求热流量δQ/δt 。因此，在读到稳定的Ѳ1、Ѳ2后，将B移去，使A直接与P
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接触。当P的温度上升到高于稳定时读数Ѳ2假设干度后，再将A移开，让P自然冷却。测量其温度随时间的变化，求得，而(mP为黄铜盘P的质量，c为其比热容〕就是黄铜盘在Ѳ2时的散热速率。但在观测样品稳态传热时，P盘上外表是被样品覆盖着的。
所以稳态黄铜盘散热速率表达式修正如下：
(3)
将式〔3〕代入式〔2〕，得：
(4)
五、实验仪器
电子天平、数字三用表、冰、保温杯、停表、稳态法实验装置等。
六、实验步骤
1：用游标卡尺屡次测量铜盘，样品的直径，厚度，用电子天平测铜盘的质量。
2：在杜瓦瓶中装冰水混合物，按电路图连接电路。〔注意：圆筒发热体A盘侧面和散热盘P的侧面，都有供安插热电偶的小孔，安放发热盘时此二小孔都应与杜瓦瓶在同一侧，以免路线错乱。热电偶插入小孔时，插到洞孔底部，保证接触良好。热电偶冷端插入浸于冰水中的细玻璃管，玻璃管也要灌入适当的硅油。〕
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