實驗7不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定

1、實驗7 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定一、目的掌握測定不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)二、實驗儀器1、熱系統(tǒng)：支架 紅外燈 傳熱筒 熱電偶兩支 交流調(diào)制器 黃銅板質(zhì) 待測樣品2、測量顯示儀 本儀器采用精度運放組成兩路熱電偶前置放大器，并對熱電偶冷端進行了自動補嘗，采用 位高穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對兩路溫度的測量系統(tǒng)，整個電路以單片機為控制中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和識別鍵盤信息。三、實驗原理與裝置 本儀器所依據(jù)的原理是1982年由法國數(shù)學(xué)、物理學(xué)家約瑟傅立葉給出的，稱熱傳導(dǎo)的基本公式，又稱傅立葉導(dǎo)熱方程式。該方程式指出，在物體內(nèi)部，垂直于導(dǎo)熱方向上，兩個相距為h，溫度分別為1、2（要這里，為了與時間t區(qū)分開，我們用來表示溫度）

2、的平行平面，若平面的面積為A，在t秒內(nèi)，從一個平面?zhèn)鞯搅硪粋€平面的熱量Q滿足下述表示：214DA (2-11) 式中，Qt為傳熱速率，定義為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，奕稱執(zhí)導(dǎo)率。由此可知，熱導(dǎo)率是一表征物質(zhì)傳導(dǎo)性能的物理量。其數(shù)值等于相距單位長度的二平行面，當(dāng)溫度相差一個單位時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。其單位名稱是瓦特每米開爾文，單位符號為W（mK）。 該方法的實驗裝置如圖所示，由上述熱傳導(dǎo)基本通過待測樣品B板的傳熱速率可寫成： 式中，為樣品厚度，為樣品圓板的半徑，1為樣品圓板上表面的溫度，2為其下表面的溫度，即為樣品B的熱導(dǎo)率。hAtQ21BR 當(dāng)傳熱到達穩(wěn)定狀態(tài)時，1和2溫度穩(wěn)定不變，通過

3、B板的傳熱率與黃銅盤C向周圍環(huán)境的散熱速率完全相等。因此可通過黃銅盤C在穩(wěn)定溫度2時的散熱律來求出 。實驗時，當(dāng)讀得穩(wěn)態(tài)時的1、2后，即可將樣品B板取走，讓圓筒的底盤與下盤C接觸，使盤C溫度上升到高于2若干度后，再讓圓筒A移去，讓黃銅盤C作自然冷卻，求出黃銅盤在2附近時的冷卻速度： ,則 (m為黃銅的質(zhì)量,c為黃銅的比熱)就是黃銅c在2時的散熱速率。但由此求出的是黃銅c的全部表面暴露在空氣中的冷卻速度，即散熱表面積為 ，而實驗中達到穩(wěn)態(tài)傳熱時，c盤的上表面，面積為 ，是被樣品所覆蓋的，考慮到物體的冷卻速度與它的表面積成正比，校正后，本儀器在穩(wěn)態(tài)時的傳熱速率為： （2-13） 式中， 、 分別為

4、黃銅盤C的半徑與厚度，代入（2）式中得： （2-14） 式中， 、 分別為樣品如橡皮圓盤的半徑與厚度。tQ21tQ21tQmcccchRR2222cRcccccchRRhRRtmctQ22222cRch 2211222BccccRhRhRtmcBRcR2、熱電偶測溫將兩種不同材料的金屬銅、鐵組成閉合回路（如圖所示），若兩結(jié)點處溫度不同，則回路中將有電流流動，這說明回路中將有電動勢存在。電動勢大小除與材料本身性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點處的溫差有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為熱電勢效應(yīng)或溫差電效應(yīng)。熱電偶就是據(jù)此原理設(shè)計制作的將溫度轉(zhuǎn)換為電動勢的熱電式傳感器。當(dāng)兩結(jié)點溫差不大時，溫差電動勢大小與溫差的關(guān)系有下列近似公

5、式：式中 熱電偶溫差電動勢； C電偶常數(shù)； 熱端溫度； 冷端溫度。若使冷端在冰水混合物中， 即 =0則 由此，可將對溫度的測量轉(zhuǎn)化為對溫差電動勢的測量。 為冷卻速率,轉(zhuǎn)化為 。作散熱銅盤自然冷卻溫差電動勢與時間之間的關(guān)系曲線，在曲線上找到 點并作曲線的切線，則該切線率為 。將 轉(zhuǎn)化為 可得導(dǎo)熱系數(shù)公式：01c101CT0tTtC 12Tt21TT 211C22111111222RhhRhRtcm銅銅 內(nèi)容要求 用游標(biāo)卡尺測待測樣品和散熱銅盤的厚度h、 ，直徑 D、 ，各測5次；用天平測散熱銅盤的質(zhì)量 。 按圖連接線路，熱電偶F插入傳熱筒底面和散熱銅盤的側(cè)面小孔（注意：一定要插入底部使之接觸良好

6、），另一端插入保溫瓶細玻璃管內(nèi)。 連接好直流數(shù)字電壓表，接通電源，按下調(diào)零鍵，旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，使讀為0。然后按下mv鍵，便可測出溫差電動勢。 接通好直流電源，使紅外燈電壓緩慢升高。為縮短達到穩(wěn)態(tài)時間，可先將紅外燈電壓高到期180200V約20min后再降到150V左右，然后每隔一段時間讀一次電動勢值。若5min內(nèi) 和 的示值基本不變，即可認為達到穩(wěn)態(tài)。記下穩(wěn)態(tài)時的 和 示值后抽去樣品盤，經(jīng)調(diào)節(jié)使散熱銅盤與傳熱筒底面直接接觸，使銅盤電動勢上升1mV后，移去傳熱筒，讓筒盤自然冷卻（調(diào)壓器調(diào)到零電壓），每隔相同時間間隔（例如30s）記一次電動勢值，挑選其中接近 的各5個數(shù)據(jù)填入表中：1h1D銅m1T2T1T2T2自然冷卻銅盤溫差電動勢與時間數(shù)據(jù) 其中,0表示最接近的某一電動勢值,負號表示此前時間,正號表示此后時間.-2.5-2-