在样品传热过程中，只考虑下黄铜盘的下表面和侧面散热。但在测冷却速率??时，黄铜
?t盘上表面也暴露在外，实际是黄铜盘的上、下表面和侧面都在散热。由于物体冷却速率与它的表面积成正比关系，修正(16-5)式，可得：
????q?mc???t?t?2??20??2??20???R22?2?R2h2????2?R2?2?Rh222???? ?????=mc???t??2??20?R2?2h2???2R2?2h2 （7-6） ?式（7-6）中R2、h2分别为散热黄铜盘半径和厚度。 将式（7-6）代入式（16-4）并整理得待测样品导热系数为：
?????mc???t?四、实验步骤
?2??20??R2?2h2??h1??????????2R?2h2???10??20??2??1????????R2? （7-7） ??1?1.用游标卡尺测量待测样品盘的半径R1和厚度h1，散热黄铜盘的半径R2和厚度h2。参考值为R1?R2?60mm，h1?5mm ，h2?12mm。
2.用天平测量散热黄铜盘的质量m，参考值为m?1.136Kg。 3.安装实验装置,注意此过程应在关闭电源的情况下进行。
按图1所示将散热黄铜盘小心安装在实验对象的固定支架上，将测温孔朝向正面。然后将待测样品盘、加热黄铜盘依次放在上面，将加热电源插孔朝向反面，且三盘上下对齐，此时不要安装加热盘提手。最后将加热盘Pt100和散热盘Pt100分别插入加热黄铜盘和散热黄铜盘测温孔，注意Pt100金属部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否则影响测温精度。
将加热电源线通过加热电源插孔与加热黄铜盘连接好，然后将加热电源线与面板上插座连接好，注意此连接过程顺序不能颠倒。
4.加热盘温度控制参数设置。
注意加热盘温度设定值不得高于110?C。
实验时可测定待测样品在60~110?C温度范围内的导热系数。接通实验对象的电源，并将PID智能温度调节器上电，将加热盘温度设定在60~110?C温度范围内某一温度值，即测定待测样品在该温度下的导热系数。
具体操作详见PID智能温度调节器使用说明书。 5.加热盘加热及温度测控。
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将加热打开，风扇关闭，此时“加热指示”灯亮。在整个加热及温度控制过程中加热指示灯亮度会随着加热快慢而变化。注意实验应在室内温度基本稳定及无风的条件下进行，否则将影响控温效果。当加热盘温度控制在设定温度?1?C范围内时，若加热盘温度?1和散热盘温度?2在10分钟后仍保持稳定，可认为传热达到稳定。记录此时加热盘温度?10和散热盘温度
?20。
6.测定散热盘散热率。
安装加热盘提手，将加热盘小心提起，用镊子将待测样品移去，然后将加热盘直接放在散热盘上，取下加热盘提手，给散热盘加热，使散热盘温度高于?20大约10?C，然后关闭加热,安装加热盘提手，小心移去加热盘，使散热盘在空气中自然冷却。冷却过程中每隔30s读一次散热盘温度?2，一直读到低于?20大约10?C。将实验所得数据记录在表1中。
7.改变加热盘温度设定值，可设定?10?60,70,80,90,100,110?C，重复实验步骤5、6，测定样品在不同温度下导热系数?。为节约实验时间，设定加热盘温度时应从低温到高温设定。
8.改变待测样品，重复以上实验步骤，测定不同样品的导热系数?。
9.实验完毕，将风扇打开，“风冷指示”灯亮，使散热盘加速冷却，直到散热盘温度降至室温。
表1 散热盘散热率实验数据
t/s 0 30 60 90 120 150 180 ?2/?C t/s 210 240 270 300 330 360 390 ?2/?C t/s 420 450 480 510 540 570 600 ?2/?C 10．整理实验仪器。
注意此过程应在关闭电源的情况下进行。
将加热电源线与实验台上的插座分开，然后将加热电源线与加热黄铜盘分开，注意此分开过程顺序不能颠倒。取下加热盘Pt100和散热盘Pt100并放回。整理待测样品盘、加热黄铜盘和散热黄铜盘。
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五、实验报告
1.根据表1所记录实验数据，选择?20附近10组数据，用逐差法处理实验数据，计算散热盘冷却速率
???t。具体方法参考如下，设?20附近10组数据为?tn（n=1，2，3，?，
?2??2010），则：
???t??2??20(?t1??t5)?(?t2??t6)?(?t3??t7)?(?t4??t8)?(?t5??t9)?(?t6??t10)。
6?120代入式（7-7），计算待测样品导热系数?。
?2??202.将散热盘冷却速率???t3.测定样品在不同温度下的导热系数?，比较不同温度下同一样品导热系数大小，分析导热系数与温度的关系。
4．测定不同样品的导热系数?，比较不同样品导热系数的大小，分析不同样品的导热性能。
六、注意事项
1.加热盘温度设定值不得高于110?C，实验时应随时观察加热盘温度变化。 2.实验装置温度较高，实验过程中不要触摸高温盘，以防烫伤。
3. PID智能温度调节器出厂前各参数均设置好，实验时可以修改加热盘温度设定值SV，修改其它参数时应谨慎，否则影响控温效果。
4.实验过程中Pt100金属部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否则影响测温精度。 5.实验应在室内温度基本稳定及无风的条件下进行，否则将影响控温效果。
6.实验台面板上有0~220V加热电源，连接和分开加热电源线时均应先关闭电源总开关，以防触电。
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实验八 金属线膨胀系数的测定
一、实验目的
1.学习测量金属线膨胀系数的原理和方法。 2.测量金属样品的线膨胀系数。 二、实验仪器
实验台，金属线膨胀系数实验仪，Pt100温度传感器。 三、实验原理
1.线膨胀系数
大部分物体在温度升高时，长度也会随之伸长，其伸长量与0?C时的温度和长度均成正比，即：
L?L0(1??T) （8-1）
式（8-1）中，L为固体在温度为T时的长度，L0为固体0?C时的长度，?为一比例系数。称为固体的线膨胀系数。
设在温度为T1时固体的长度为L1，在温度为T2时固体的长度为L2，由（8-2）式可得：
L1?L0(1??T1) （8-3） L2?L0(1??T2) （8-4）
由（8-3）、（8-4）式可得：
L11??T1 （8-5） ?L21??T2由（8-5）式可得：
??L2?L1 （8-6）
L1T2?L2T1当温度变化范围不大时，L1与L2相差极小，所以L1?L2，则（8-6）式可变换为：
??式（8-7）中，?L?L2?L1，?T?T2?T1。
?L （8-7） L1?T由（8-7）式可知固体的线膨胀系数定义为温度每升高1?C，固体每单位长度的伸长量。
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实验也表明，当温度变化范围不大时，物体的伸长量?L?L2?L1与温度变化量
?T?T2?T1及物体的长度L1成正比。即：
?L??L1?T （8-8）
可以将?理解为当温度升高1?C时，固体增加的长度与原长度之比。多数金属的线膨胀系数在(0.8~2.5)?10?5/?C之间。
线膨胀系数是与温度有关的物理量。当?T很小时，由（8-7）式测得的?称为固体在温度为T1时的微分线膨胀系数。当?T是一个不太大的变化区间时，我们近似认为?是不变的，由（8-7）式测得的?称为固体在T1~T2温度范围内的线膨胀系数。
由（8-7）式知，在L1已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量?T与相应的长度变化量?L的测量。由于?数值较小，在?T不大的情况下，?L也很小，因此准确地测量?L及T是保证测量准确的关键。
2.微小伸长量的测量及千分表
本实验采用千分表测量样品金属棒的长度变化。
千分表是一种高精度的长度测量工具，通过精密的齿轮齿条传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.001mm，广泛用于测量工件几何形状误差及相互位置误差。
本实验所用千分表为全齿式传动系统，测量精度高。 测量范围：0~1mm，分度值：0.001mm。 3.Pt100温度传感器
本实验采用Pt100传感器测量样品金属棒的温度。
Pt100为铂热电阻，其感温元件是由金属铂组成。当温度变化时，感温元件的电阻值随温
度
而变化，这样就可将变化的电阻值作为电信号输入测量仪表，通过测量电路的转换，即可得到被测温度。特点是：线性度好、测量准确、互换性好、抗振动冲击的性能好。
铂热电阻的使用温度范围为：?200?C~850?C，其电阻与温度的关系在0?C~850?C的温度范围为：
Rt?R01?At?Bt2 （8-9）
式（17-9）中，R0为温度为0?C时铂热电阻的电阻值，R0?100?。
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