實(shí)驗(yàn)29應(yīng)用計(jì)算機(jī)測定導(dǎo)熱系數(shù)

應(yīng)用計(jì)算機(jī)測定導(dǎo)熱系數(shù)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)平板法測量不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的方法。2）掌握在科學(xué)工作室平臺上利用計(jì)算機(jī)和熱電偶測量溫度的方法。3）學(xué)習(xí)根據(jù)動態(tài)平衡的原理測定熱流速率的方法。2.實(shí)驗(yàn)儀器導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、杜瓦瓶、熱電偶、游標(biāo)卡尺、500型科學(xué)工作室接口、直流電壓放大器、計(jì)算機(jī)及科學(xué)工作室接口、塞規(guī)3.實(shí)驗(yàn)原理及方法平板法平板法測定導(dǎo)熱系數(shù)的原理是根據(jù)以下的導(dǎo)熱方程式（1）推導(dǎo)出來的。如圖29—1，在某一時刻，熱量自溫度為的高溫盤通過厚度為、面積為的導(dǎo)熱樣品平板向溫度為的低溫盤傳導(dǎo)，在秒內(nèi)，從高溫面?zhèn)鞯降蜏孛娴臒崃?，由?dǎo)熱方程（1）推導(dǎo)可滿足下述表達(dá)式：（3）圖圖29—1式中為熱流速率，為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）。平板法如圖29—1所示，這樣的一個熱傳導(dǎo)系統(tǒng)，在某一時刻，對于溫度為、質(zhì)量為m、比熱為的低溫盤來說，當(dāng)高溫物體通過待測量的樣品材料以的速率給低溫物體輸入熱量，同時低溫物體一方面吸收熱量，另一方面向四周散熱。根據(jù)能量守恒定律有（4）式中為低溫物體溫度為時的溫度變化率，為低溫物體溫度為時向四周散熱的溫度變化率。根據(jù)（3）、（4）式有（5）根據(jù)（5）式只要分別測量出樣品的尺寸、以及低溫物體的質(zhì)量m和比熱，并確定某一時刻的高溫物體溫度和低溫物體溫度以及溫度為時低溫物體的溫度變化率和對應(yīng)的向四周散熱的溫度變化率就可以確定材料的導(dǎo)熱系數(shù)。對于直徑為圓形樣品，（5）式可整理為：（6）3.2實(shí)驗(yàn)裝置及方法實(shí)驗(yàn)裝置如圖29—2所示，在支架D上先放上圓形散熱銅盤P（材料是銅-康銅）、待測出樣品B（圓形盤不良導(dǎo)體）和與電熱器連成一體厚底紫銅圓盤A。在A的上方用電熱器L加熱，散熱盤下方用電風(fēng)扇吹風(fēng)散熱，使樣品上、下表面溫度分別為、并分別用安插在A、P側(cè)面深孔中的兩條熱電偶E來測量。利用科學(xué)工作室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度特性的實(shí)時采集，并確定各個時刻低溫散熱盤的溫度變化率和對應(yīng)的向四周散熱的溫度變化率。實(shí)驗(yàn)接線如圖29—3所示，圖29—2導(dǎo)熱系數(shù)測定儀圖29-3應(yīng)用計(jì)算機(jī)測量溫度線路連接示意圖熱電偶的輸出經(jīng)兩路直流電壓放大器放大后接入500型科學(xué)工作室接口，利用科學(xué)工作室軟件及計(jì)算機(jī)采集加熱過程中系統(tǒng)的溫度變化特性以及切斷熱源后散熱盤的散熱曲線，如圖29—4所示。圖29—4科學(xué)工作室采集到的溫度特性曲線4.教學(xué)內(nèi)容1）學(xué)生必須事先預(yù)習(xí)講義、初步理解實(shí)驗(yàn)原理；2）復(fù)習(xí)科學(xué)工作室“用戶自定義傳感器”原理；3）講解傳導(dǎo)方程及平板法傳熱的工作原理；4）學(xué)生嚴(yán)格按照講義中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器；5）檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)狀況及測量結(jié)果，并確認(rèn)；6）學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；7）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評分批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告并給出成績。5.實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織及教學(xué)要點(diǎn)1）教學(xué)組織5.1.1教師在實(shí)驗(yàn)課開始前，必需備課、熟悉儀器，并進(jìn)行實(shí)際操作及數(shù)據(jù)測量；5.1.2根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)的感覺、經(jīng)歷和相關(guān)知識要點(diǎn)擬訂教案、并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；5.1.3學(xué)生必須課前預(yù)習(xí)，并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告；5.1.4課堂上，教師抽查提問學(xué)生，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)中所要求的知識要點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)步驟、重要參數(shù)等掌握狀況；5.1.5根據(jù)提問狀況，講解實(shí)驗(yàn)原理及操作的難點(diǎn)，演示如何測定斜率；5.1.6學(xué)生自己做實(shí)驗(yàn)，有問題教師及時講解和輔導(dǎo)。2）教學(xué)要點(diǎn)5.2.1如何理解公式（6）；5.2.2如何測定各待測量；5.2.3如何設(shè)置溫度傳感器；6.實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題1）熱電偶參考端和測量端易搞錯；2）散熱盤和加熱盤的熱電偶易搞錯；3）采樣選項(xiàng)設(shè)置錯誤。7.實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)表29-1：數(shù)據(jù)測量h(mm)d(mm)mp(g)Cp(J/kg?K)t(s)(℃)(℃)(℃/s)(℃/s)8.42129.52902.8383698.159100.87041.0950.03488-0.015118.34129.628.36129.588.40129.608.40129.448.36129.408.38129.508.42129.368.42129.448.40129.42根據(jù)肖維涅準(zhǔn)則判定h、d測量無壞值，并計(jì)算得到以下數(shù)據(jù)（單位mm其中）：Sxh8.400.0430.00130.0130.0120.0180.214%d129.490.0900.0280.0280.0120.0300.0232%實(shí)驗(yàn)測量圖如下：℃℃8.實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查方法1）θ1、θ2是否同一時間取值，t的值；2）、是否取得同一溫度θ2的斜率；9.課堂實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)檢查題目1）認(rèn)識實(shí)驗(yàn)裝置、介紹實(shí)驗(yàn)裝置；2）做何實(shí)驗(yàn)，測定哪一個物體的導(dǎo)熱系數(shù)？3）如何測量h、d？至少測多少次4）mp、cp是哪一個物體物理量？5）如何理解公式（5）？6）公式（5）中的、有何區(qū)別？7）科學(xué)工