不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量實(shí)驗報告

1、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量（88）:常安 學(xué)號：實(shí)驗?zāi)康模?. 了解熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理過程。2. 學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測量不良導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)系數(shù)并用作圖法 求冷卻速率實(shí)驗原理：1. 導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)物體存在溫度梯度時，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)崧剩篸QdTdS（1）dt dx2. 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量厚度為h、截面面積為S的平板形樣品（橡膠板）夾在加熱圓盤 和黃銅盤之間。熱量由加熱盤傳入。加熱盤和黃銅盤上各有一小孔， 熱電偶可插入孔測量溫度，兩面高低溫度恒定為 Ti和T2時，傳熱速 率為(2)dQTi T2 sdth由于傳熱速

2、率很難測量，但當(dāng)Ti和T2穩(wěn)定時，傳入橡膠板的熱量應(yīng)等于它向周圍的散熱量這時移去橡膠板，使加熱盤與銅盤直接接觸，將銅盤加熱到高于 T2約10度，然后再移去加熱盤，讓黃銅盤全表面自由放熱。每隔30秒記錄銅盤的溫度，一直到其溫度低于T2, 據(jù)此求出銅盤在T2附近的冷卻速率dT。dt銅盤在穩(wěn)態(tài)傳熱時，通過其下表面和側(cè)面對外放熱；而移去加熱 盤和橡膠板后是通過上下表面以及側(cè)面放熱。 物體的散熱速率應(yīng)與它 們的散熱面積成正比，(3)dQR R 2h dQdtR 2R 2h dt式中dQ為盤自由散熱速率。而對于溫度均勻的物體，有dt(4)dQdTmedidt這樣，就有(5)dQR R 2hdTmedtR

3、2R 2hdt結(jié)合（2）式，可以求出導(dǎo)熱系數(shù)m銅 銅 hB RA 2hA dT22 Rb（Ti T2）Ra hA dt實(shí)驗儀器：，數(shù)字電壓表，散熱銅盤，橡膠盤，銅質(zhì)厚底圓筒，支架，紅外燈雙刀雙擲開關(guān)，熱電偶，杜瓦瓶 實(shí)驗容1. 用卡尺測量A、B盤的厚度及直徑（各測三次，計算平均值及誤差）2. 按圖連接好儀器3. 接通調(diào)壓器電源，將電壓調(diào)到 200V左右，從零開始緩慢升壓至Ti=3.23.4mV4. 將電壓調(diào)到125V左右加熱，來回切換觀察 Ti和T2值，沒分鐘記一次Ti、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Ti、T2值5. 移走樣品盤，直接加熱A盤，使之比T

4、2高10C,（約0.4 mV）;調(diào) 節(jié)變壓器至零，再斷電，移走加熱燈和傳熱筒，使A盤自然冷卻，每隔30s記錄其溫度，選擇最接近T2的前后各6個數(shù)據(jù)，填入自 擬表格數(shù)據(jù)處理：1. 銅盤和橡膠盤室溫：t=21.7 CdA=129.79mmdA .07023mm b=儀=0.02mmUddA1 2b 0.07164mm2P=0.95123平均值標(biāo)準(zhǔn)差dA（mm）129.8129.72129.86129.790.07023hA（mm）8.067.847.927.940.1113d&mm）128.52128.76128.72128.670.07211hB（mm）7.787.827.727.770.023

5、09銅盤質(zhì)量：m銅=900.00g銅盤比熱容：C銅=0.3709 %g K）銅盤的直徑:銅盤的厚度:hA=7.94mmhA0.1113mm b=A 儀=0.02mmUhA2hA1 2b 0.1121mm2 BP=0.95橡膠盤的直徑:dB=128.67mmdB 0.07211mm b=儀=0.02mmBUdB 、 dB 1 2B 0.07348mmp=0.95本實(shí)驗使用游標(biāo)卡尺測量銅盤和橡膠盤的直徑，因為直徑的位置很不好把握，所以在實(shí)際操作中會出現(xiàn)一定的誤差。橡膠盤的厚度：hB=7.77mm0.02309mm b= 儀=0.02mmhBhB0.02707mmP=0.95以前使用游標(biāo)卡尺都是卡住

6、物體后讀數(shù)，但是在測量橡膠盤的厚度和直徑時，由于橡膠本身的材料很軟，發(fā)現(xiàn)卡緊后橡膠會凹陷變型,使得測量值偏?。蝗籼捎謺箿y量值偏大，故這里存在較大誤差2. 溫度導(dǎo)熱穩(wěn)定時:V(TJ=2.94mVV(T2)=2.31mV逐差法123456V(T2)(mV)2.512.472.432.42.362.33789101112V(T2)(mV)2.292.252.222.192.162.12 V(T2)(mV)0.220.220.210.210.20.21V(T2)1.176 10 3mV/s標(biāo)準(zhǔn)差:V 0.007527nv12V 2 2b 0.007527mvP=0.95導(dǎo)熱系數(shù):2rn 銅hBdA

7、4hAdV 0.18di V2) dA 2hA dtK)In In2 ln dB ln dA 2hAIn tIn hBIn dA 4hAIn(V1 V2)B已2恰自2 16恰分噲）2 （瀘噲）2中（注意，這一步有誤，請再查書確認(rèn)）合并同類項后得:(J2 (的2（劣20半）2 （爭4知（蘭)2d?)（UhB、2hB)2 2(；)2 20(UhAA)2 4(：)2 (UJ)2 (U；)2口 =.13W(m.K)最終結(jié)果:0.183 0.01.K) P=.95作圖法由原始數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖得:t=302sV(T2)=2.15mV算得斜率：K=(2.35-2.15)/(302-131)mV/s=0.0011

8、7 mV/s導(dǎo)熱系數(shù):入=0.173 W(m.K)線性擬合法斜率:ntiViti Viti22ti0.00109mV/s不確定度:Uk=1.295410-5 mV/s (注意:p二?)擬合系數(shù):r=0.99993不確定度：（有誤）UhB、22（加dA20半)hA4(： )2d bUk 2(,k)2k0.006K)最終結(jié)果:.169 .06W(m.K)P=0.95思考題:1. 試分析實(shí)驗中產(chǎn)生誤差的主要因素。答：使用游標(biāo)卡尺測量直徑時，由于直徑的位置不好把握，故存在一定誤差。做記錄時秒表暫停，有一定的實(shí)際中橡膠盤的側(cè)面也有散熱，橡膠盤的散熱量不完全等于銅盤的散熱量。做實(shí)驗的時候?qū)嶒炇业沫h(huán)境的溫度

9、有變化， 銅盤的散熱速率不 恒定。2. 傅里葉定律dQ （傳熱速率）是不易測準(zhǔn)的量。本實(shí)驗如何巧妙地dt避開了這一難題？答：本實(shí)驗巧妙地把測不良導(dǎo)體傳熱速率的問題轉(zhuǎn)化為了測良導(dǎo)體散熱速率的問題。由于在穩(wěn)態(tài)下橡膠板的傳熱量近似等于銅盤的散 熱量，故只需測出銅盤的散熱量即可。而我們又容易測量銅盤散 熱時溫度隨附實(shí)驗數(shù)據(jù)：實(shí)驗題目:賓臉I(yè)I的：緲）勵3.10 阿戈也 2砒？彳4 1| 亦 訓(xùn)訓(xùn) 222,12.乙巧誦訓(xùn) nrzH 価 Lit 212J& ZJ3 M?盤再T5T*nf 孔和 Z3t? 2M r?l 2.31數(shù)據(jù)11112MMz7勺7.72別桁對 iff3UjJI ill201列丄12快典哼 般叭1* 12151 h価E:匕專齊!?!