不良導體導熱系數(shù)測量

1、實驗題目：不良導體導熱系數(shù)的測量實驗目的：了解熱傳導現(xiàn)象的物理過程，學習用穩(wěn)態(tài)平板法測量不良導體的導熱系數(shù)并利用作圖法求冷卻速率。實驗原理：1、導熱系數(shù)導熱系數(shù)是反映材料熱性能的重要物理量。 目前對導熱系數(shù)的測量均建立在傅立葉熱傳導定律的基礎上。 本實驗采用穩(wěn)態(tài)平板法。根據(jù)熱傳導理論，當物體內(nèi)部存在溫度梯度時，熱量從高溫向低溫傳導:dQdT-dxdtdt其中入就是導熱系數(shù)。2、不良導體導熱系數(shù)的測量樣品為一平板，當上下表面溫度穩(wěn)定在dQTi-T2C一SBdthB由于溫差穩(wěn)定，那么可以用A在T2附近的dT/dt（冷卻速率）求出dQ/dto根據(jù)散熱速率與散熱面積成正比，則dQ_二RA(RA2hA)

2、dQp二RA2hAdQpdt-2HA(RAhA)dt-RAhAdtmchB(RA2hA)dT_2_ZZZ2*(TiT2)(RA+hA)dt從而通過測量以上表達式中的量得到導熱系數(shù)。實驗裝置：如圖Ti、T2,以hB表布樣品局度，SB表樣品底面積:又根據(jù)有dQpdt二mcdTdt實驗內(nèi)容：1、用游標卡尺測量A、B兩板的直徑、厚度（每個物理量測量3次）；2、正確組裝儀器后，打開加熱裝置，將電壓調(diào)至250V左右進行加熱至一定溫度（對應Ti電壓值大約在3.20-3.40mV）;3、將電壓調(diào)至125V左右，尋找穩(wěn)定的溫度（電壓），使得板上下面的溫度（電壓）10分鐘內(nèi)的變化不超過0.03mV,記錄穩(wěn)定的兩個

3、電壓值；4、直接加熱A板，使得其溫度相對于T2上升10度左右；5、每隔30s記錄一個溫度（電壓）值，取相對T2最近的上下各6個數(shù)據(jù)正式記錄下來；6、整理儀器；數(shù)據(jù)處理。實驗數(shù)據(jù)：幾何尺寸測量:直徑（mm）厚度（mm）序號123123A板130.04129.72129.907.026.906.92B板129.42129.44129.528.027.928.00表一：A、B板的幾何尺寸測量結果A質量m=806g,比熱容c=0.793kJ/kgK。穩(wěn)定溫度（實際是電壓值）：TI：3.09mVT2：2.73mVA盤自由散熱過程中：123456T（用電壓，mV）2.982.932.882.832.782

4、.73789101112T（用電壓，mV）2.682.642.592.552.512.47表二：自由散熱溫度（最接近T2的12個）數(shù)據(jù)處理：將導熱系數(shù)的公式變形為,_2mchB(DA4hA)dV一_2ZZHDB(VIV2)(DA+2hA)dtA盤直徑的平均值B盤直徑的平均值A盤厚度的平均值B盤厚度的平均值DADA1DA2DA33130.04129.72129.903mm=129.89mmDBDDD_B1-B23一3129.42129.44129.52一3mm=129.46mmhAhA1hA2hA337.026.906.923mm=6.95mmhBhB1hB2hB338.027.928.003m

5、m=7.98mm利用ORIGIN作圖得到dV/dt:圖一：A盤散熱過程線形擬合圖LinearRegressionforData1_B:Y=A+B*XParameterValueErrorA2.971280.00413B-0.001562.12215E-5RSDNP-0.999070.00761120.0001從中得到dV/dt=1.56x10-3mV/s于是計算有：-2m冗(己4島dV，一2-.二DB(V1-V2)(DA2hA)dt20.8060.3891037.9810，(0.1298946.9510”)1.5610：“，”八:23W/(mK)3.140.129462(3.09-2.73)(

6、0.1298926.9510)=0.45W/(mK)測量列DA的標準差為222(129.89-130.04)(129.89-129.72)(129.89-129.90)mm=0.16mm3-1取P=0.68,查表得t因子tp=1.32,那么測量列DA的不確定度的A類評定為3.02.9-2.8-2.6-2.5-2.4+-50050100150200250300350t/s七(DA-DAi)2二(DAL-inlBLinearFitofDatalBtp（DA）=1.32m6mm=0.12mmP、n3儀器（游標卡尺）的最大允差A儀=0.02mm,人讀數(shù)的估計誤差可取為Z*=0.02mm（一格），于是有

7、:=匕L；u=0.0220.022mm=0.03mm游標卡尺為均勻分布，取P=0.68,故DA的不確定度的B類評定為uB（DA）=nimm=0.02mmC3于是合成不確定度U(DA)=tpDA)2kPuB(DA)2=0.122(10.02)2mm=0.12mm,P=0.68類似可以計算得（P均為0.68）:U（DB）=0.04mm,U（MA）=0.05mm,U（MB）=0.04mm。對于電壓V的測量，由于在10min內(nèi)允許0.03mV的波動，那么就認為U（V1）=U（V2）=0.03mV/3=0.01mV（均勻分布）。根據(jù)ORIGIN作圖結果有U（dV/dt）=2.12x10-5mV/s。由計

8、算公式以及不確定度的傳遞規(guī)律，有整理后就得到（P=0.95）U(hB)2U(DA)24U(hA)22U(dt)2U(DB)2U(V1)2U(V2)22U(DA)22U(hA)224hBDA4hALdVjDBMMDA-2MAdt=0.02W/(mK)于是最終結果表示成-_U()=(0.45-0.02)W/(mK),P=0.68誤差來源的具體分析見思考題。實驗小結：1、本實驗原理比較簡單，但是操作過程和數(shù)據(jù)處理比較復雜；2、實驗操作中應該注意用電安全，注意線路連接的準確性和穩(wěn)定性（插口是不是接觸良好）同時在使用熱源時也要防止燙傷；3、實驗過程中比較關鍵的步驟是尋找溫度（電壓）的穩(wěn)定值點，也就是達到

9、熱平衡的點，尋找過程中應注意觀察、T2的變化情況，根據(jù)變化情況適當增大或者減小熱源的供熱（改變電壓）；4、在數(shù)據(jù)處理中，對dV/dt的誤差的分析很關鍵，但是我不知道怎么分析，暫且利用ORIGIN中給出的ERROR作為不確定度的A類評定，且認為B類評定相對于A類評定可以忽略，但從表達式和測量值的根本出發(fā)，比較合理的方式應該是利用回歸分析，得到相關系數(shù)（不U(，)2U(hB)2U(DA)24U(hA)2一二hBDA4hAdVdt)2U(DB)2H4dVDBdtU(V1)2U(V2)2V1-V2222U(DA)2U(hA)2一一DA2hA0.042/0.12240.05222.1210互、2=0.4

10、5()()(3)7.98129.8946.951.561034(0.04)2(O.012吟129.463.09-2.73,，0.12220.052、2、八,八(-()W/(mK)129.8926.95知道ORIGIN中給出的R是不是就是相關系數(shù)？）求解斜率（也就是dV/dt）的標準差，同時在考慮不確定度的B類評定時， 應該對溫度和時間分開計算后合成，又或者應該使用逐差法？還是沒有完全明白。思考題：1、試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要因素。Sol:一般來講，熱學實驗中最大的誤差是熱量的耗散，這導致了在普通實驗條件下對于熱量的測定是很不準確的，這是一個很難避免的系統(tǒng)誤差。根據(jù)實驗過程和公式，知道實驗中由測量帶來的誤差會體現(xiàn)在對物體幾何尺寸的測量、溫度（電壓）的測定（此時把材料的質量、比熱容作為常量）量上。根據(jù)最后的誤差傳遞公式，可以知道根號下各項中，數(shù)值最大的是關于是對平衡溫度的測量（其實對于這個量的誤差到底是不是這么算的，我也