穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)

穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)摘要：導(dǎo)熱系數(shù)是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量，在加熱器、散熱器、導(dǎo)熱管道、冰箱制造、建筑保溫隔熱設(shè)計等領(lǐng)域都涉及該設(shè)計參數(shù)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)與材料的容量、空隙率、濕度、溫度等因素有關(guān)，小于0.25W/m·K的材料為絕熱材料。導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法有穩(wěn)態(tài)法和動態(tài)法兩類，本實驗采用穩(wěn)態(tài)法。關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)熱流量比熱容冷卻速率SteadymethodformeasuringthepoorconductorcoefficientofthermalconductivityAbstract:thecoefficientofthermalconductivityisreflectmaterialthermalconductivityphysicalquantities,intheheater,radiator,thermalpipe,refrigeratormanufacture,constructioninsulationdesign,andotherfieldsinvolvethedesignparameters.Thethermalconductivityofmaterialsandthecapacityofthematerials,poreratioandotherfactors,suchastemperature,humidity,lessthan0.25W/mk.materialsforinsulation.Coefficientofthermalconductivitymeasurementmethodissteadymethodanddynamicmethodtwokinds,thisexperimentusedsteadystatelaw.Keywords:SteadystatelawCoefficientofthermalconductivityHeatflowSpecificheatletCoolingrate【實驗?zāi)康摹?.學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)。2.了解物體熱傳導(dǎo)的規(guī)律。【實驗原理】1.將厚度為h，截面積為S的物體作為待測樣品，利用熱源對待測樣品加熱，當達到穩(wěn)定狀態(tài)后樣品溫度高的一面溫度為Q1，溫度低的一面溫度為Q2。設(shè)在時間Δ△t內(nèi)，由溫度高的一面?zhèn)飨驕囟鹊偷囊幻娴臒崃繛棣。實驗證明，傳遞的熱量ΔQ與樣品截面積S的大小及溫度梯度（θ1-θ2）/h和時間Δt成正比，即ΔQ=λSΔt（θ1-θ2）/h將上述公式改寫成傅里葉導(dǎo)熱方程式即熱傳導(dǎo)的基本公式：為傳熱速率。λ為該物質(zhì)的熱導(dǎo)率，（又稱導(dǎo)熱系數(shù)），與材料性質(zhì)有關(guān)。λ在數(shù)值上等于相距單位厚度的兩平面，溫度相差1個單位時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量；其單位為瓦特每米開爾文即W/（m·K）2.本實驗裝置如圖（1）所示，在支架D上先后放上圓銅盤P、待測樣品（圓盤形橡皮板）B和厚底紫銅圓筒A。在A的上方用紅外燈L加熱，使樣品上、下表面各維持穩(wěn)定的溫度，它們的數(shù)值分別用安插在A、P側(cè)面深孔中的熱電偶E來測量。E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H內(nèi)的冰水混合物中。G為雙向開關(guān)，用以變換上、下熱電偶的測量回路。數(shù)字式電壓表F用以測量溫差電動勢。由式（1）可知，單位時間內(nèi)通過待測樣單位時間內(nèi)通過待測樣品B任一圓截面的熱流量為式中RB為圓盤樣品的半徑，hB為樣品厚度。當傳熱達到穩(wěn)定狀態(tài)時，θ1和θ2溫度值穩(wěn)定不變。由于樣品的厚度hB<<RB（樣品的半徑）所以樣品的側(cè)面積2πRBhB<<πRB2（樣品下表面積）。故從樣品側(cè)面向周圍環(huán)境的散熱速率大大小于從樣品下表面向銅盤的傳熱速率，則可認為通過樣品B盤的傳熱速率與從銅盤P向周圍環(huán)境的散熱速率相等。因此，可通過銅盤P在穩(wěn)定溫度θ2時的散橡皮盤DB=cm,hb=cm【注意事項】本實驗要求得到穩(wěn)定的溫度分布，須等待較長時間，故要求在閱讀資料的同時，先按照實驗內(nèi)容2的要求對樣品加熱。否則有可能在規(guī)定時間內(nèi)完不成實驗。【實驗數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】在實驗中，當溫度T1、T2不變時，取走樣品B，讓A底直接與P盤接觸加熱，使P盤的溫度上升到比T2高十度左右，再將A、B取走讓P盤自然冷卻，測量相隔30s的溫度值，只比T1低5℃左右止，然后以時間t為橫坐標，溫度T為縱坐標，繪制冷卻曲線，曲線上相對應(yīng)于T2的斜率，即為P盤在溫度T2時的冷卻速度。自行記錄表格，包括各次測量的銅盤、樣品盤的尺寸、質(zhì)量等。繪出P盤的冷卻速率圖(用坐標紙或用計算機自己作圖，自己準備坐標紙)。計算不確定度，對測量結(jié)果給予評價【數(shù)據(jù)處理】樣品：橡皮；室溫：；散熱盤比熱容（紫銅）：C=385；散熱盤質(zhì)量：；散熱盤厚度(多次測量取平均值)：表1散熱盤厚度（不同位置測量）/7．637．627．737．617．737．65所以散熱盤的厚度：＝7.66mm；散熱盤半徑(多次測量取平均值)：表2散熱盤直徑（不同角度測量）/130.00129.98130.00129.99130.01130.00所以散熱盤的半徑：＝65.00mm；橡皮樣品厚度（多次測量取平均值）:表3橡皮樣品厚度（不同位置測量）/8.078.078.068.058.058.06所以橡皮樣品的厚度：＝8.06mm；橡皮樣品直徑（多次測量取平均值）:表4橡皮樣品直徑（不同角度測量）/129．22128．82128．92129．16129．00128．99所以橡皮樣品的直徑：＝129.02mm；穩(wěn)態(tài)時(10分鐘內(nèi)溫度基本保持不變)，樣品上表面的溫度示值，樣品下表面溫度示值；每隔10秒記錄一次散熱盤冷卻時的溫度示值如表5：表5散熱盤自然冷卻時溫度記錄/47.947.447.046.546.045.545.1/44.744.243.843.443.042.642.2作冷卻曲線得到：取臨近溫度的測量數(shù)據(jù)求出冷卻速率。（或者用鏡尺法求出冷卻速率）將以上數(shù)據(jù)代入公式（6）計算得到：查閱相關(guān)資料知，橡皮在的條件下測定導(dǎo)熱系數(shù)為。【思考題】應(yīng)用穩(wěn)態(tài)法是否可以測量良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)？如可以，對實驗樣品有什么要求？實驗方法與測不良導(dǎo)體有什么區(qū)別？什么是鏡尺法？鏡尺法畫切線利用了什么原理？【總結(jié)與提高】這一次做實驗讓我受益匪淺，讓我意識到理論的實踐的差距，想要把理論和實際相結(jié)合有很多的技術(shù)層面的問題要解決。我們不能僅僅只停留在課堂上對理論知識的學(xué)習(xí)，更要自己親手去做、去實踐，有時候一個很簡單的模型，在實驗中卻是非常的復(fù)雜，因為理論往往是理想的，但是實際過程中存在相當多的例如熱傳遞、摩擦等不確定的誤差，實驗要做的就是要把這些誤差減少到最小達到我們想要的結(jié)果。在做實驗之前，一定要將課本上的知識吃透，因為這是做實驗的基礎(chǔ)，否則，老師在講解時就會聽不懂，這將使你在做實驗時的難度加大，浪費做實驗的寶貴時間。做實驗時一定要親力親為，務(wù)必要將每個步驟每個細節(jié)弄清楚，弄明白，實驗后還要復(fù)習(xí)，思考，這樣，你的印象才深刻，記得才牢，否則，過后不久你就會忘得一干二凈?！靖倪M意見及創(chuàng)新見解】（1）本實驗