動(dòng)態(tài)法測(cè)定良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率

1、K實(shí)驗(yàn)二十五動(dòng)態(tài)法測(cè)定良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015年4月28日?qǐng)?bào)告時(shí)間2015年4月29日1300011454周二下午第2組3號(hào)K目的要求1、測(cè)定良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率；2、學(xué)習(xí)一種測(cè)定材料熱導(dǎo)率的方法；3、了解動(dòng)態(tài)法測(cè)定良導(dǎo)體的特點(diǎn)和優(yōu)越性；4、認(rèn)識(shí)熱波，加強(qiáng)對(duì)波動(dòng)理論的理解。K儀器用具熱導(dǎo)率動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x，微機(jī)。1、熱流方程本實(shí)驗(yàn)采用非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率。取棒狀樣品，假定熱量 僅沿一維傳播。取一小段棒元，根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律，單位時(shí)間內(nèi)在單 位等溫面上沿溫度降低方向流過(guò)某垂直于傳播方向的熱流密度為：dt dt式中：K為待測(cè)材料的熱導(dǎo)率。由導(dǎo)熱定律可推得熱流方程:dTd2Tkct , =ctdxc

2、p式中：a稱為熱擴(kuò)散率。2、熱波方程熱流方程的解將各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化表示出來(lái)，具體形式取決于邊界條件，若令熱端的溫度圍繞To按簡(jiǎn)諧規(guī)律變化，即：T =7 + Tm sin cot式中：Tm為熱端的最高溫度；CO為熱端溫度變化的角頻率。假設(shè)另一端無(wú)反射并保持恒定溫度為To,則式熱流方程的解也就是式中的To是直流成分；k是線性成分的斜率。從上式中可以看出：(1) 當(dāng)熱端(x=0)溫度按簡(jiǎn)諧方式變化時(shí)，這種變化將以衰減波的 形式在棒內(nèi)向冷端傳播，稱為熱波，也就是溫度波。(2) 熱波波速(3) 熱波波長(zhǎng)因此在角頻率。已知的情況下，只要測(cè)出波速或波長(zhǎng)就可以計(jì)算出a然后再由 。計(jì)算出材料的熱導(dǎo)率K。由

3、熱波波速公式，可得:式中：f, Tperiod分別為熱端溫度按簡(jiǎn)諧變化的頻率和周期。從上述原理可知實(shí)現(xiàn)熱導(dǎo)率測(cè)量的關(guān)鍵是： 實(shí)現(xiàn)熱量的一維傳播； 實(shí)現(xiàn)熱端溫度隨時(shí)間按簡(jiǎn)諧形式變化的邊界條件。本實(shí)驗(yàn)采取的熱波法，特點(diǎn)是當(dāng)熱量在樣品中傳播時(shí)，樣品中各點(diǎn) 的溫度不像穩(wěn)態(tài)法那樣必須保持恒定，只要給定適當(dāng)邊界條件，可以做 到樣品上各點(diǎn)的溫度均可隨時(shí)間進(jìn)行簡(jiǎn)諧變化，利用這種變化可以很容 易測(cè)出熱波波速，進(jìn)而可計(jì)算出樣品材料的熱導(dǎo)率。K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 認(rèn)識(shí)和調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置(1) 觀察儀器面板，了解儀器的功能；(2) 觀察并了解幾個(gè)水龍頭及進(jìn)、出水管的功能；(3) 調(diào)節(jié)樣品冷端的冷卻水流量至300mL/min,在

4、開啟微機(jī)后再調(diào)節(jié) 樣品熱端冷卻水的流量小于700mL/min(具體根據(jù)微機(jī)屏幕上顯示的棒 上各點(diǎn)溫度變化曲線來(lái)判斷和調(diào)節(jié))。2、了解數(shù)據(jù)采集過(guò)程并測(cè)樣品各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化曲線按下“工作方式”開關(guān)，選擇“程控”工作方式。打開微機(jī)，啟動(dòng)“熱導(dǎo)率動(dòng)態(tài)測(cè)量”程序。(3) 設(shè)置脈動(dòng)熱源周期為180so(4) 選擇銅樣品進(jìn)行測(cè)量。(5) 設(shè)置x, y軸的單位坐標(biāo)，x方向?yàn)闀r(shí)間，單位為s, y方向代表 信號(hào)強(qiáng)度，單位為mV (每mV約為0,1C)。(6) 在測(cè)量狀態(tài)顯示”欄中，會(huì)自動(dòng)顯示測(cè)量位置、運(yùn)行時(shí)間及信 號(hào)幅度。(7) 在“選擇測(cè)量點(diǎn)”欄中選擇幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，單擊鼠標(biāo)，在“操作” 欄按“測(cè)量”。開始測(cè)量

5、后，程序操作界面的“測(cè)量位置”所選的幾個(gè)對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)號(hào)碼輪流出現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)要求選擇8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，則打8個(gè)點(diǎn), 于是儀器將自動(dòng)對(duì)這8個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行輪流測(cè)量。(8) 儀器開始測(cè)量工作后，在顯示屏上漸漸劃出T-t曲線簇，如上圖。 上述步驟進(jìn)行至少4060min,待系統(tǒng)穩(wěn)定后，樣品內(nèi)溫度也已經(jīng)達(dá)到動(dòng) 態(tài)穩(wěn)定.按“暫?！?。而后“保存”數(shù)據(jù)。(9) 按順序先關(guān)閉主機(jī)，后關(guān)閉自來(lái)水(為防止無(wú)水加熱而毀機(jī))，再 關(guān)閉微機(jī)。K數(shù)據(jù)記錄與處理1、使用軟件自動(dòng)擬合正弓玄曲線處理使用樣品銅比熱C385J/kg/K密度P8920kg/m3相鄰熱電偶間距L2cm起始時(shí)間/S2100終止時(shí)間/s2800輸入波形序號(hào)1輸出波形序號(hào)

6、2平均峰-峰延遲時(shí)間/S6.96周期T/s174.4262最終結(jié)果熱導(dǎo)率K393.6126J/K/m/s起始時(shí)間/S2100終止時(shí)間/s2800輸入波形序號(hào)4輸出波形序號(hào)5平均峰-峰延遲時(shí)間/s6.96周期T/s174.4262最終結(jié)果熱導(dǎo)率K393.6126J/K/m/s起始時(shí)間/S2100終止時(shí)間/s2800輸入波形序號(hào)6輸出波形序號(hào)7平均峰-峰延遲時(shí)間/s6.96周期T/s174.4262最終結(jié)果熱導(dǎo)率K393.6126J/K/m/s起始時(shí)間/S3800終止時(shí)間/s5000輸入波形序號(hào)4輸出波形序號(hào)5平均峰-峰延遲時(shí)間/s6.555周期T/s182.057最終結(jié)果熱導(dǎo)率K463.1671

7、J/K/m/s起始時(shí)間/S3800終止時(shí)間/s5000輸入波形序號(hào)6輸出波形序號(hào)7平均峰-峰延遲時(shí)間/s6.555周期T/s182.057最終結(jié)果熱導(dǎo)率K463.1671J/K/m/s起始時(shí)間/S3950終止時(shí)間/s5000輸入波形序號(hào)2輸出波形序號(hào)6平均峰-峰延遲時(shí)間/s6.96周期T/s190.0725最終結(jié)果熱導(dǎo)率K438.7936J/K/m/s將所得的六個(gè)測(cè)量值取算術(shù)平均得：K=424.3276J/(K-m-s)2、取一組數(shù)據(jù)擬合延遲時(shí)間(1)取一組峰序列，記錄峰對(duì)應(yīng)的時(shí)間(單位：秒)2636.182643.562650.552657.742665.122671.52678.492686.07做線性擬合:2468n斜率值7.07274標(biāo)準(zhǔn)差0.0432數(shù)據(jù)線性回歸系數(shù)0.99987(2)取一組谷序列，記錄谷對(duì)應(yīng)的時(shí)間(單位：秒)2553.552559.532566.722573.902579.892588.282594.292601.45做線性擬合:2600 -2580 -2560 -等相位谷值點(diǎn)的時(shí)間延遲擬合1 *r2 4I1r6 8n斜率值6.90202標(biāo)準(zhǔn)差0.07997數(shù)據(jù)線性回歸系數(shù)0.99953(3)再取一組谷序列，記錄谷對(duì)應(yīng)的時(shí)間(單位：秒)4