實(shí)驗(yàn)7 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)7 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定一、目的掌握測(cè)定不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)二、實(shí)驗(yàn)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(cè)樣品2、測(cè)量顯示儀 本儀器采用精度運(yùn)放組成兩路熱電偶前置放大器，并對(duì)熱電偶冷端進(jìn)行了自動(dòng)補(bǔ)嘗，采用 位高穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路溫度的測(cè)量系統(tǒng)，整個(gè)電路以單片機(jī)為控制中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和識(shí)別鍵盤信息。三、實(shí)驗(yàn)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(gè)相距為h，溫度分別為1、2（要這里，為了與時(shí)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(gè)平面?zhèn)鞯搅硪粋€(gè)平面的熱量Q滿足下述表示：1 (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(gè)單位時(shí)，在單位時(shí)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(hào)為W（mK）。該方法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，由上述熱傳導(dǎo)基本通過待測(cè)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。2當(dāng)傳熱到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，1和2溫度穩(wěn)定不變，通過B板的傳熱率與黃銅盤C向周圍

3、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(shí)的散熱律來求出 。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)讀得穩(wěn)態(tài)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，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(shí)的傳熱速率為： （2-13）式中， 、 分別為黃銅盤C的半徑與厚度，代入（2

4、）式中得： （2-14）式中， 、 分別為樣品如橡皮圓盤的半徑與厚度。32、熱電偶測(cè)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(diǎn)處溫度不同，則回路中將有電流流動(dòng)，這說明回路中將有電動(dòng)勢(shì)存在。電動(dòng)勢(shì)大小除與材料本身性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點(diǎn)處的溫差有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為熱電勢(shì)效應(yīng)或溫差電效應(yīng)。熱電偶就是據(jù)此原理設(shè)計(jì)制作的將溫度轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)的熱電式傳感器。當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)溫差不大時(shí)，溫差電動(dòng)勢(shì)大小與溫差的關(guān)系有下列近似公式：式中 熱電偶溫差電動(dòng)勢(shì)； 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(duì)溫度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。 為冷卻速率,轉(zhuǎn)化為 。作散

5、熱銅盤自然冷卻溫差電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間之間的關(guān)系曲線，在曲線上找到 點(diǎn)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：4內(nèi)容要求用游標(biāo)卡尺測(cè)待測(cè)樣品和散熱銅盤的厚度h、 ，直徑 D、 ，各測(cè)5次；用天平測(cè)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），另一端插入保溫瓶細(xì)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(cè)出溫差電動(dòng)勢(shì)。接通好直流電源，使紅外燈電壓緩慢升高。為縮短達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)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(shí)間讀一次電動(dòng)勢(shì)值。若5min內(nèi) 和 的示值基本不變，即可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)。記下穩(wěn)態(tài)時(shí)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(dòng)勢(shì)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(shí)間間隔（例如30s）記一次電動(dòng)勢(shì)值，挑選其中接近 的各5個(gè)數(shù)據(jù)填入表中：5自然冷卻銅盤溫差電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間數(shù)據(jù) 其中,0表示最接近的某一電動(dòng)勢(shì)值,負(fù)號(hào)表示此前時(shí)間,正號(hào)表示此后時(shí)間