電導(dǎo)率的測(cè)定

1、電 導(dǎo) 率 的 測(cè) 定共十七頁(yè)簡(jiǎn)介(jin ji) 熱導(dǎo)率 ：描述物質(zhì)(wzh)熱傳導(dǎo)性質(zhì)的一個(gè)物理量。 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。大體上分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。 本實(shí)驗(yàn)包括 兩個(gè)內(nèi)容：用穩(wěn)態(tài)發(fā)測(cè)不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率；用動(dòng)態(tài)法測(cè)良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率。共十七頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)目的和要求1.學(xué)習(xí)兩種測(cè)量熱導(dǎo)率的方法，了解穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法測(cè)熱導(dǎo)率的特點(diǎn)。2.熟悉基本熱學(xué)(rxu)儀器的使用，認(rèn)識(shí)熱波、加強(qiáng)對(duì)波動(dòng)理論的理解。3.了解用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)記錄處理的特點(diǎn)。共十七頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)原理熱傳導(dǎo)遵循(zn xn)的基本規(guī)律傅立葉定律： 傳熱速率Q/t 與該平面所在處的溫度

2、梯度成正比，與平面面積S 成正比。熱傳導(dǎo) 共十七頁(yè)二 穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：原理(yunl)公式： 穩(wěn)態(tài)：經(jīng)一段時(shí)間后，如果在樣品的傳熱方向各截面的傳熱速率Q/t相同，那么樣品內(nèi)部將形成一個(gè)穩(wěn)定的溫度(wnd)分布狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下溫度將各自停留在某個(gè)溫度。傳熱速率Q/t 和溫度梯度（dT/dt）是一個(gè)確定的值。 關(guān)鍵是使樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)。共十七頁(yè)二 穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率： 穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分布，加熱盤(pán)給樣品加熱多少熱量(rling)，就有多少熱量(rling)通過(guò)散熱盤(pán)散出。 穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品的傳熱速率 = 穩(wěn)態(tài)時(shí)散熱盤(pán)散熱速率 注意：穩(wěn)態(tài)時(shí)散熱盤(pán)溫度為T(mén)P ，且只

3、有下表面和側(cè)面參與散熱。共十七頁(yè)測(cè)量(cling)散熱盤(pán)的散熱速率 達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，將樣品取下，讓加熱盤(pán) A 與散熱盤(pán)P 直接接觸，給散熱盤(pán)加熱。當(dāng)散熱盤(pán)P的溫度(wnd)比高出10后，移走加熱盤(pán)A。散熱盤(pán)P向周?chē)幔谏岜P(pán)散熱的過(guò)程中，每30秒記錄一次散熱盤(pán)溫度，測(cè)得散熱盤(pán)溫度隨時(shí)間變化的一組數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)組繪制冷卻曲線。散熱盤(pán)P的冷卻曲線圖共十七頁(yè) 所有面參與散熱的散熱盤(pán)P的散熱速率與其冷卻(lngqu)速率的關(guān)系為： 部分面參與散熱的散熱盤(pán)P的散熱速率與其冷卻(lngqu)速率的關(guān)系為：不良導(dǎo)體 B 的熱導(dǎo)率為：共十七頁(yè)三 動(dòng)態(tài)(dngti)法測(cè)良導(dǎo)體的導(dǎo)熱率 為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，令熱量沿

4、一維傳播，故將樣品制成棒狀，周邊隔熱( r)，取一小段樣品如圖: 根據(jù)熱傳導(dǎo)定律，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)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(cè)材料的熱導(dǎo)率，dT/dx是溫度對(duì)坐標(biāo)x的梯度。共十七頁(yè) Q = -KAdT/dx 兩邊對(duì)坐標(biāo)取微分有: d&= -KA（d2T/dx2）dx 根據(jù)能量守恒定律，任一時(shí)刻棒元的熱平衡方程為： 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(chēng)為熱擴(kuò)散系數(shù)。該式得解將把各點(diǎn)得溫度隨時(shí)間得變化表示(biosh)

5、出來(lái)，具體形式取決與邊界條件。共十七頁(yè)若令熱端的溫度按時(shí)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(diǎn)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(shí)，這種變化將以衰減波的形式(xngsh)在棒內(nèi)想冷端傳播，稱(chēng)為熱波，也就是溫度波。）熱波波速：）熱波波長(zhǎng)：共十七頁(yè)因此在熱端溫度變化的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D。然后由D=K/c計(jì)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(pnl)和

6、周期 共十七頁(yè)實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟一、穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率 1調(diào)整儀器裝置； 2控制實(shí)驗(yàn)條件以使樣品盡快達(dá)到穩(wěn)態(tài)， 記錄(jl)此時(shí)加熱盤(pán)和散熱盤(pán)溫度； 3測(cè)量散熱盤(pán)的散熱過(guò)程，記錄散熱盤(pán)溫度 隨時(shí)間變化的一組數(shù)據(jù)。共十七頁(yè)二、動(dòng)態(tài)法測(cè)良導(dǎo)體熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)步驟（）打開(kāi)自來(lái)水源，調(diào)節(jié)流量（250ml/min)。（）打開(kāi)電腦，啟動(dòng)“熱導(dǎo)率動(dòng)態(tài)測(cè)量”程序。（）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)、主機(jī)(zhj)進(jìn)入工作狀態(tài)。（）打開(kāi)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(dòng)熱源周期為180秒。選擇銅或鋁樣品進(jìn)行測(cè)量。共十七頁(yè)二、動(dòng)態(tài)(dngti)法測(cè)良導(dǎo)體熱導(dǎo)率（）

7、設(shè)置X，Y軸的單位坐標(biāo)，X方向?yàn)闀r(shí)間，單位為秒；Y方向代表信號(hào)強(qiáng)度，單位為毫伏（與溫度相對(duì)(xingdu)應(yīng)）。（）在“選擇測(cè)量點(diǎn)”欄中選擇8個(gè)測(cè)量點(diǎn)。（）按“操作”欄的“測(cè)量”鍵，儀器開(kāi)始測(cè)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)溫度也已經(jīng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，按“暫?！辨I，記錄數(shù)據(jù)（）按順序先關(guān)閉主機(jī)，再關(guān)閉電腦。（防止無(wú)水加熱而毀機(jī)）共十七頁(yè)數(shù)據(jù)處理1、用穩(wěn)態(tài)法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率；2、用一元線性回歸方法(fngf)處理動(dòng)態(tài)法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得熱波的傳播速度并進(jìn)而求出熱導(dǎo)率，并估計(jì)不確定度。共十七頁(yè)內(nèi)容摘要電 導(dǎo) 率 的 測(cè) 定。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程技術(shù)中對(duì)材料的熱導(dǎo)率常用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。大體上分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。2.熟悉基本熱學(xué)儀器的使用，認(rèn)識(shí)熱波、加強(qiáng)對(duì)波動(dòng)理論的理解。其中K為待測(cè)材料的熱導(dǎo)率，dT/dx是溫度(wnd)對(duì)坐標(biāo)x的梯度。該式得解將把各點(diǎn)得溫度(wnd)隨時(shí)間得變化表示出來(lái)，具體形式取決與邊界條件。因此在熱