電 導(dǎo) 率 的 測 定

1、電電 導(dǎo)導(dǎo) 率率 的的 測測 定定簡介簡介 ：描述物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的一個物理量。描述物質(zhì)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的一個物理量。 在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中對材料的熱導(dǎo)率常用實在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中對材料的熱導(dǎo)率常用實驗的方法測定。大體上分為驗的方法測定。大體上分為穩(wěn)態(tài)法穩(wěn)態(tài)法和和動態(tài)法動態(tài)法。 本實驗包括本實驗包括 兩個內(nèi)容：用穩(wěn)態(tài)發(fā)測不良導(dǎo)體的熱兩個內(nèi)容：用穩(wěn)態(tài)發(fā)測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率；用動態(tài)法測良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率。導(dǎo)率；用動態(tài)法測良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率。實驗?zāi)康暮鸵髮嶒災(zāi)康暮鸵?.學(xué)習(xí)兩種測量熱導(dǎo)率的方法，了解穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法測熱導(dǎo)率的特點。2.熟悉基本熱學(xué)儀器的使用，認(rèn)識熱波、加強對波動理論的理解。3.了解用計算機(jī)實現(xiàn)實

2、驗系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)記錄處理的特點。實驗原理實驗原理熱熱傳導(dǎo)遵循的基本規(guī)律傳導(dǎo)遵循的基本規(guī)律傅立葉定律：傅立葉定律： 傳熱速率Q/t 與該平面所在處的溫度梯度成正比，與平面面積S 成正比。0ddxQTStx 熱傳導(dǎo) 二二 穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：原理公式：原理公式： 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：經(jīng)一段時間后，如果在樣品的傳熱方向各截面的傳熱速經(jīng)一段時間后，如果在樣品的傳熱方向各截面的傳熱速率率Q/t相同，那么樣品內(nèi)部將形成一個穩(wěn)定的溫度分布狀態(tài)。相同，那么樣品內(nèi)部將形成一個穩(wěn)定的溫度分布狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)時樣品上下溫度將各自停留在某個溫度。傳熱速率時樣品上下溫度將各自停留在某個溫度。傳熱速

3、率Q/t 和溫度梯度和溫度梯度（dT/dt）是一個確定的值。）是一個確定的值。0ddxQTStx 關(guān)鍵關(guān)鍵是使樣品內(nèi)部形成是使樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)。APBTTQSth 二二 穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率： 穩(wěn)態(tài)時樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分布，加熱盤給穩(wěn)態(tài)時樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分布，加熱盤給樣品加熱多少熱量，就有多少熱量通過散熱盤散出。樣品加熱多少熱量，就有多少熱量通過散熱盤散出。 穩(wěn)態(tài)時樣品的傳熱速率穩(wěn)態(tài)時樣品的傳熱速率 = 穩(wěn)態(tài)時散熱盤散熱速率穩(wěn)態(tài)時散熱盤散熱速率 注意：注意：穩(wěn)態(tài)時散熱盤溫度為穩(wěn)態(tài)時散熱盤溫度為TP ，且只有，且只有下表面下表面和側(cè)

4、面和側(cè)面參與散熱。參與散熱。 達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，將樣品取下，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，將樣品取下，讓加熱盤讓加熱盤 A 與散熱盤與散熱盤P 直接接直接接觸，給散熱盤加熱。當(dāng)散熱盤觸，給散熱盤加熱。當(dāng)散熱盤P的溫度比的溫度比高出高出10后，移后，移走加熱盤走加熱盤A。散熱盤。散熱盤P向周圍散向周圍散熱，在散熱盤散熱的過程中，熱，在散熱盤散熱的過程中，每每30秒記錄一次散熱盤溫度，秒記錄一次散熱盤溫度，測得散熱盤溫度隨時間變化的測得散熱盤溫度隨時間變化的一組數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)組繪制一組數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)組繪制冷卻曲線。冷卻曲線。散熱盤P P的冷卻曲線圖 所有面所有面參與散熱的散熱盤P的散熱速率與其冷卻速率的關(guān)系為： 部分

5、面部分面參與散熱的散熱盤P的散熱速率與其冷卻速率的關(guān)系為：不良導(dǎo)體 B 的熱導(dǎo)率為：2PPTTSSQTmcttSS側(cè)側(cè)PPTTQTmctt24122PpBTpAPDhhTmctDh TT D三三 動態(tài)法測良導(dǎo)體的導(dǎo)熱率動態(tài)法測良導(dǎo)體的導(dǎo)熱率 為了使問題簡化，令熱量沿一維傳播，故將樣品制成棒狀，周邊隔熱，取一小段樣品如圖: 根據(jù)熱傳導(dǎo)定律，單位時間內(nèi)流過某垂直于傳播方向面積A的熱量，即熱流為 Q= KAdT/dx 其中K為待測材料的熱導(dǎo)率，dT/dx是溫度對坐標(biāo)x的梯度。 Q = -KAdT/dx 兩邊對坐標(biāo)取微分有: d&= -KA（d2T/dx2）dx 根據(jù)能量守恒定律，任一時刻棒元

6、的熱平衡方程為： CAdx(dT/dt)=d&=-KA(d2T/dx2)dx 其中C,分別為材料的比熱容與密度。 由此可得熱流方程: （dT/dt）=D(d2T/dx2 ) 其中D=K/c,稱為熱擴(kuò)散系數(shù)。該式得解將把各點得溫度隨時間得變化表示出來，具體形式取決與邊界條件。若令熱端的溫度按時間間諧變化，即 T=To+Tmsint 令一端用冷水冷卻，保持恒定低溫To，則原式的解也就是棒中各點的溫度為：其中To是直流成分，是線性成分的斜率，從本式中可以看出：）熱端（x=0）出溫度按間諧方式變化時，這種變化將以衰減波的形式在棒內(nèi)想冷端傳播，稱為熱波，也就是溫度波。）熱波波速：）熱波波長：因此

7、在熱端溫度變化的角頻率已知的情況下，只要測出波速或波長就可以計算出D。然后由D=K/c計算出材料的熱導(dǎo)率K。 即：V2=2（K/C） 則：K=V2c/4f= V2cT/4其中f,T分別為熱端溫度按間諧變化的頻率和周期 實驗步驟實驗步驟一、穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率一、穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率 1調(diào)整儀器裝置； 2控制實驗條件以使樣品盡快達(dá)到穩(wěn)態(tài)， 記錄此時加熱盤和散熱盤溫度； 3測量散熱盤的散熱過程，記錄散熱盤溫度 隨時間變化的一組數(shù)據(jù)。二、動態(tài)法測良導(dǎo)體熱導(dǎo)率二、動態(tài)法測良導(dǎo)體熱導(dǎo)率實驗步驟實驗步驟（）打開自來水源，調(diào)節(jié)流量（250ml/min)。（）打開電腦，啟動“熱導(dǎo)率動態(tài)測量”程序。（）打開電源開關(guān)、主機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。（）打開熱水，調(diào)節(jié)流量（250ml/min)。（）在程序中，在儀器操作面版上，選擇“程控”工作模式 。設(shè)置脈動熱源周期為180秒。選擇銅或鋁樣品進(jìn)行測量。二、動態(tài)法測良導(dǎo)體熱導(dǎo)率二、動態(tài)法測良導(dǎo)體熱導(dǎo)率（）設(shè)置X，Y軸的單位坐標(biāo)，X方向為時間，單位為秒；Y方向代表信號強度，單位為毫伏（與溫度相對應(yīng)）。（）在“選擇測量點”欄中選擇8個測量點。（）按“操作”欄的“測量”鍵，儀器開始測量工作，在顯示屏上漸漸劃出T-t 曲線簇。上述步驟進(jìn)行至少40-60分鐘系統(tǒng)穩(wěn)定后，樣品內(nèi)溫度也已