实验目的
本次实验旨在通过简单的实验手段测定给定固体的导热系数,进一步了解固体物质的导热特性,掌握相关实验技巧。
实验原理
导热系数是一个描述物质导热性能的物理量,通常记作λ,它可表示为:
λ = Q/ (T2 T1) × A × Δt/ l
其中Q表示物质通过单位时间和单位面积传递的热量,T1和T2表示两端温度,A表示物质横截面积,l表示物质长度,Δt表示温度变化时间。
通过对导热系数公式的推导可以得到,物质的导热系数与物质的热导率(k)、密度(ρ)、比热容(Cp)等相关,公式如下:
λ = k / ρCp
因此,为了测定给定固体的导热系数,需要先测定出该物质的热导率、密度和比热容等参数。
实验器材
热导仪
石墨坩埚
测温计
计时器
实验步骤
在实验器材的帮助下将待测物质(如铝、铜、钢等)装入石墨坩埚中。
将石墨坩埚放置在热导仪的测量盘中,并使用夹具夹紧,使其与热导仪的加热、测温电极紧密接触。
在计算机端选择合适的测试程序,设置合适的参数,包括时间段、温度差、电流等。
启动热导仪系统,等待测试程序运行完成,获取测试结果。
根据测试结果计算出物质的导热系数。
实验注意事项
测量过程中要注意避免外界因素的干扰,如气流、空气湿度、外界温度等。
确保热导仪的加热、测温电极与样品的接触压力均匀,避免造成测试结果的偏差。
对于不同的样品,测试程序的设置也应该发生变化,以保证测试结果的准确性。
实验结束后要尽快清洗并维护仪器设备,以免影响下一次的测量数据。
实验结果与分析
使用上述实验步骤测试出铝、铜、钢三种物质的热导率、密度和比热容等参数,然后根据公式计算出了它们每一种物质的导热系数。
测试结果显示,铝的导热系数值为X1,铜的导热系数值为X2,钢的导热系数值为X3,三者大小顺序为X2 > X3 > X1。
该结果符合不同金属材料的热导性质,因为铜是一种良好的导热材料,其导热系数要高于废钢废钢的尺寸较大,内部含有杂质等因素影响其导热性能,因此其导热系数低于铜。
总结
通过本次实验,我们掌握了测量固体导热系数的实验手段、熟悉了导热系数公式的推导原理和测试仪器的使用方法。同时,还了解了不同物质的热传导特性和相关参数的意义,从而更好地理解和掌握固体物质的导热特性,为将来的实验工作打下基础。