不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量（88）姓名：常安學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄醾鲗?dǎo)現(xiàn)象的物理過(guò)程。學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)量不良導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)系數(shù)并用作圖法求冷卻速率實(shí)驗(yàn)原理：導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)物體內(nèi)存在溫度梯度時(shí)，熱量從高溫流向低溫，謂之熱傳導(dǎo)或傳熱，傳熱速率正比于溫度梯度以及垂直于溫度梯度的面積，比例系數(shù)為熱導(dǎo)系數(shù)或?qū)崧剩盒ゝ項(xiàng)dS （1）dtdx不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量厚度為h、截面面積為s的平板形樣品（橡膠板）夾在加熱圓盤(pán)和黃銅盤(pán)之間。熱量由加熱盤(pán)傳入。加熱盤(pán)和黃銅盤(pán)上各有一小孔，熱電偶可插入孔內(nèi)測(cè)量溫度，兩面高低溫度恒定為二和T2時(shí)，傳熱速率為（2）dt由于傳熱速率很難測(cè)量，但當(dāng)L和T2穩(wěn)定時(shí)，傳入橡膠板的熱量應(yīng)等于它向周?chē)纳崃俊＿@時(shí)移去橡膠板，使加熱盤(pán)與銅盤(pán)直接接觸，將銅盤(pán)加熱到高于T2約10度，然后再移去加熱盤(pán)，讓黃銅盤(pán)全表面自由放熱。每隔30秒記錄銅盤(pán)的溫度，一直到其溫度低于T2,據(jù)此求出銅盤(pán)在七附近的冷卻速率斗。銅盤(pán)在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，通過(guò)其下表面和側(cè)面對(duì)外放熱；而移去加熱盤(pán)和橡膠板后是通過(guò)上下表面以及側(cè)面放熱。物體的散熱速率應(yīng)與它們的散熱面積成正比，TOC\o"1-5"\h\zdQ_冗Rr+2h）dQ' （3）~dt一冗R（2R+2h）~dT式中竺:為盤(pán)自由散熱速率。而對(duì)于溫度均勻的物體，有dtdQ=mcdT （4）didt這樣，就有dQkR（R+2h） dT—=——/ \mc—— （5）dtkRV2R+2h）dt結(jié)合（2）式，可以求出導(dǎo)熱系數(shù).mch（R+2h）dT入=銅一銅一BA A——\2丸R2（T—T）\R+h）dtB1 2AA實(shí)驗(yàn)儀器：散熱銅盤(pán)，橡膠盤(pán)，銅質(zhì)厚底圓筒，支架，紅外燈，數(shù)字電壓表，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，熱電偶，杜瓦瓶實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用卡尺測(cè)量A、B盤(pán)的厚度及直徑（各測(cè)三次，計(jì)算平均值及誤差）按圖連接好儀器接通調(diào)壓器電源，將電壓調(diào)到200V左右，從零開(kāi)始緩慢升壓至T1=3.2~3.4mV將電壓調(diào)到125V左右加熱，來(lái)回切換觀察T1和丁2值，沒(méi)分鐘記

一次T1、T2的值，若十分鐘基本不變（變化小于0.03）則認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)，記錄下T1T2值5.移走樣品盤(pán)，直接加熱A盤(pán)，使之比T2高10°C,（約0.4mV）；調(diào)節(jié)變壓器至零，再斷電，移走加熱燈和傳熱筒，使A盤(pán)自然冷卻，每隔30s記錄其溫度，選擇最接近T2的前后各6個(gè)數(shù)據(jù)，填入自擬表格數(shù)據(jù)處理：1.銅盤(pán)和橡膠盤(pán)室溫：t=21.7C銅盤(pán)質(zhì)量：m銅二900.00g 銅盤(pán)比熱容：C銅=0.3709"〃）123平均值標(biāo)準(zhǔn)差d(mm)A129.8129.72129.86129.790.07023h(mm)A8.067.847.927.940.1113d(mm)B128.52128.76128.72128.670.07211h(mm)B7.787.827.727.770.02309銅盤(pán)的直徑:d「129.79mm 。d=0.07023mm AB=△儀=0.02mm'、 1^ P=0.95U=寸2+_A2=0.07164mmP=0.95銅盤(pán)的厚度：h=7.94mmA。 =0.1113mmhh=7.94mmA。 =0.1113mmhA■' r^ 切2+_A=0.1121mmAb=A儀=0.02mmP=0.95橡膠盤(pán)的直徑:d=128.67mm 。 =0.07211mm橡膠盤(pán)的直徑:d=128.67mm 。 =0.07211mmB 』B△"=0.02mmUd 2+2△；=0.07348mmP=0.95本實(shí)驗(yàn)使用游標(biāo)卡尺測(cè)量銅盤(pán)和橡膠盤(pán)的直徑，因?yàn)橹睆降奈恢煤懿缓冒盐?，所以在?shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)一定的誤差。橡膠盤(pán)的厚度：hB=7.77mm 。h=0.02309mm AB=A儀=0.02mmr^U=*2+_A2=0.02707mmP=0.95以前使用游標(biāo)卡尺都是卡住物體后讀數(shù)，但是在測(cè)量橡膠盤(pán)的厚度和直徑時(shí)，由于橡膠本身的材料很軟，發(fā)現(xiàn)卡緊后橡膠會(huì)凹陷變型，使得測(cè)量值偏小;若太松又會(huì)使測(cè)量值偏大，故這里存在較大誤差。2.溫度導(dǎo)熱穩(wěn)定時(shí):V（T）=2.94mV1V（T）=2.94mV1V（T）=2.31mV2①逐差法123456V(T)(mV)22.512.472.432.42.362.33789101112V(T)(mV)22.292.252.222.192.162.12AV（T）（mV）20.220.220.210.210.20.21At=180sAV（T）=0.21mV2

?.三2Z2=1.176x10—3mV/sAt標(biāo)準(zhǔn)差：。AV=0.007527nvUavUav=a21. +_氣=0.007527mvP=0.95hh勺a+4七I、dV=0183W/(d+2h)詼? /(m?K)A人=兀d2(V—V)(d+2h)dtB1 2AAlnX=In 2”銅。銅 +lnh +In(d + 4h )+InAV一2lnd —In(d + 2h )—InAt兀(V一V)BAA BAAUUU UUUUUU:.(。)2=(—)2+(—)2+16(—)2+(i)2+4(—)2+(⑦)2+4(—)2+(―)2人hd hAVddhAt（注意，這一步有誤，請(qǐng)?jiān)俨闀?shū)確認(rèn)）合并同類(lèi)項(xiàng)后得:U)2=(匕)2+2(%)2+20(%)2+(UAK)2+4(2)2+(^)2B人hd h AV d At二U人二U人=人U「0.013*(m.K)最終結(jié)果:X=0.183土0?013%.K）P=0.95②作圖法由原始數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖得：取兩點(diǎn)得：t=131sV(T2)=2.35mVt=302sV(T2)=2.15mV0 30 60 90 120150180210240270300330t(s)算得斜率：K=(2.35-2.15)/(302-131)mV/s=0.00117mV/s導(dǎo)熱系數(shù):項(xiàng)73W(m.K)③線(xiàn)性擬合法斜率：k=n學(xué)唱M'=OS。'n乙12_￡thmV/si i不確定度:Uk=1.2954x10-5mV/s（注意:p=?）擬合系數(shù):r=0.99993不確定度（有誤）U=人；（九）2+2（匕）2+20（%）2+4（匕）2+U）2=0.006W/ 、人h d h dk ./（m.K）B A A B最終結(jié)果：八0.169土0.006%.幻p=0.95思考題：試分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要因素。答：㈠使用游標(biāo)卡尺測(cè)量直徑時(shí)，由于直徑的位置不好把握，故存在一定誤差。㈡做記錄時(shí)秒表暫停，有一定的㈢實(shí)際中橡膠盤(pán)的側(cè)面也有散熱，橡膠盤(pán)的散熱量不完全等于銅盤(pán)的散熱量。㈣做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候?qū)嶒?yàn)室的環(huán)境的溫度有變化，銅盤(pán)的散熱速率不恒定。傅里葉定律dQ（傳熱速率）是不易測(cè)準(zhǔn)的量。本實(shí)驗(yàn)如何巧妙地dt避開(kāi)了這一難題？答：本實(shí)驗(yàn)巧妙地把測(cè)不良導(dǎo)體傳熱速率的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了測(cè)良導(dǎo)體散熱速率的問(wèn)題。由于在穩(wěn)態(tài)下橡膠板的傳熱量近似等于銅盤(pán)的散熱量，故只需測(cè)出銅盤(pán)的散熱量即可。而我們又容易測(cè)量銅盤(pán)散熱時(shí)溫度隨附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

…'數(shù)抿。）實(shí)匏目的：?混§,：么『可）/jj^c Et?弘㈣$晶 7-8*段炳0㈣事攵…'數(shù)抿。）實(shí)匏目的：?混§,：么『可）/jj^c Et?弘㈣$晶 7-8*段炳0㈣事攵冏北扁制〔7X 7寬室遍：it呀烈 -部體岫-同;>; 評(píng)分一日期 時(shí)朋（?［力叫砰口蝴7腥"）（恭）孑"

V壓）扁做3.再功—20