不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測(cè)量

1、不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的渕量實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介導(dǎo)熱系數(shù)（艮叫熱導(dǎo)率）是反映材料熱性能的重要物理量。熱傳導(dǎo)是熱交換的三種 （熱傳導(dǎo)、對(duì)流和福射）根本形武之一，是工程熱物理、林料科學(xué)、固It物理員能 源、壞保等各f研究領(lǐng)域的課題。林料的導(dǎo)熱hi理在很大程®±®決干它的ta觀 溝造，熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置的振動(dòng)以及自由電子的遷務(wù)。在 金揚(yáng)中電子流起支配作用，在絕緣體和大局部半導(dǎo)體中冊(cè)么以晶恪振動(dòng)起主導(dǎo)作 用。因此，某種林料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與枸成林料的物質(zhì)種類密幼相關(guān)，而冃還與 林料的攢觀構(gòu)造、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相朕系。在科學(xué)實(shí)®flll程設(shè)it中，所 用林料的導(dǎo)熱

2、系數(shù)都需要用實(shí)酚的方法準(zhǔn)確測(cè)定c測(cè)固體林料熱導(dǎo)率的實(shí)騎方法 一般分為穩(wěn)態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩類。實(shí)驗(yàn)原理dt時(shí)間通UdS面枳的熱量dQ,正比干物體的溫度梯度，其比例系數(shù)是導(dǎo)熱 系數(shù)，即：讐一唱心式中譽(yù)為傳熱速率，舟是與面枳dS相垂直的方向上的iOIO, “-"號(hào)表 示熱量由高溫區(qū)向IKiSEM,入是導(dǎo)熱系數(shù)，表示物體導(dǎo)熱能力的大小。在SI 中入的單位是W-m-K-1 o對(duì)于各向異性林料，各個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)是不同的（常 用量來(lái)表示）。1、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量圖1是不良導(dǎo)It導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量裝置的原理圖。設(shè)樣品為一平極，影么維持上 下平面有穩(wěn)定的T和T2（側(cè)面jfittl絕熱），H!穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)樣晶

3、的傳熱速率為： 滬入晉務(wù)式中hB為樣品厚度，Sb= ttR2b為樣品上外表的面枳,(TlT2)為上、下平面的 溫度差，入為導(dǎo)熱系數(shù)。在實(shí)醴中，要降低側(cè)面散熱的影響，就需要減小h。因?yàn)槭虦y(cè)平板上下平面 的iasL和T2是用傳熱冏簡(jiǎn)a的底甜和散熱堀盤(pán)c的san來(lái)代表，所以就必須 保證祥品與圓筒A的底部和鋼盤(pán)C的上外表密切接顒。實(shí)驗(yàn)時(shí),在穩(wěn)定導(dǎo)熱的條件下仃加2值恒定不變)，可以認(rèn)為通in寺測(cè)樣品 盤(pán)B的傳熱速率與刑盤(pán)C向周圍壞境散熱的速率相等。因此可以通il C盤(pán)在穩(wěn) 定S ® T2附近的散熱速率去求岀樣品的傳熱速率竽。在««態(tài)時(shí)的T和T2之后，拿走樣晶B, itC盤(pán)直

4、接與傳熱簡(jiǎn)A1K部的 下外表接觸，加熱狷盤(pán)C,使C盤(pán)ig®±升到比T2高10T左右，再務(wù)去傳熱簡(jiǎn)A, 讓鋼盤(pán)C通U外外表直接向壞境散熱(自然冷卻),每漏_段時(shí)間記下相應(yīng)的溫度 值,求出C盤(pán)在T2附近的冷劑速率去對(duì)干鋼盤(pán)C,在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，其散熱的外外表枳為7TRW+ 2 7ZR. hc,移去傳 熱簡(jiǎn)A后，C盤(pán)的散熱外外表枳為2ttR2 + 2rrRc hc = 27iRc(Rc-hc)t考慮到 物It的散熱速率與它的散熱面枳成比例，所以有：dQ =西叱(叱#2址).些= 叱+ 2吒 °°傳(3)dt _ 2?r Rc (RC+hC> dt _2Rc+

5、2hc dt )式中Rc和he分別為C盤(pán)的半徑和高度。根據(jù)熱容的定義，對(duì)iS®«勻的物休，有：對(duì)應(yīng)鋼盤(pán)C,就有云=叫冷篇嘰和c冷別是C盤(pán)的質(zhì)量和比熱容,將此式代入式(3)中,有：Rc+2hc dT/c22 h q dlt比擁式(5)fll(2),便得出導(dǎo)熱系數(shù)的公式:R嚴(yán)2叱匹2TtR5（T1T2）CRC+hC）dt 7m銅、協(xié)、Rb、he、Rc、R和T2部可由實(shí)驗(yàn)測(cè)量岀準(zhǔn)確值,本實(shí)騎所用黃鋼 盤(pán)比熱容為0.3709kJ/kgK,因此，只要求岀孚，就可以求出導(dǎo)熱系數(shù)入。實(shí)驗(yàn)容本實(shí)驗(yàn)的主要容為測(cè)量橡阪盤(pán)的導(dǎo)熱系數(shù)。1. 觀察和認(rèn)識(shí)傳熱現(xiàn)象、il程員其規(guī)律。1用游標(biāo)卡尺測(cè)量鋼盤(pán)

6、和橡膠盤(pán)的figfifB, lit測(cè)量，并求出平均值。2熟悉各儀表的使用方法，按圖1連接好儀器。3接通自耦調(diào)壓器電源，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓®ffl, ®紅外燈電壓逐瀟升高，為 編姬到這穩(wěn)定態(tài)的時(shí)間，可先將紅外燈電壓升到200V左右，大約5min之后，再 降到110V左右，然后毎隔一段時(shí)間讀一次淚度值，假設(shè)WminL和T2的示值根 本不變，期么可以認(rèn)為到這穩(wěn)定狀態(tài)。記下隱態(tài)時(shí)的LffiLfflo I®后務(wù)去傑膠 盤(pán)B,讓散熱C盤(pán)與傳熱簡(jiǎn)A的底甜直接接融，加熱C盤(pán)，使C盤(pán)的溫度比T2 高右，把涮壓器凋節(jié)到零電壓，Bfi開(kāi)電溫，務(wù)去傳熱簡(jiǎn)A,讓C盤(pán)自 然冷朋，毎隔30s記一次溫

7、度T值，選擇最接jfi T2前后的各6個(gè)數(shù)據(jù)，填人表 恪巾。2. 用逐差法求岀銅盤(pán)C的冷卻速率#，并由公式(6)求出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)入。3. 繪岀T-t關(guān)系圖，用作圖法求岀冷卻速率聽(tīng)4. 用方程回腮進(jìn)展線性合，求解M速率乎及其戻差,將結(jié)果代人式(6)中，計(jì)算探阪盤(pán)的導(dǎo)熱系數(shù)入。實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)騎的主要儀器有:主儀器，自耦調(diào)壓器,，數(shù)字電壓表，杜瓦JR,游標(biāo)卡尺，電子秒表主畑實(shí)際照片和程序中的顯示實(shí)際儀器所真仗器操作提示:拖動(dòng)桌面上的橡阪盤(pán)可拖至主儀器的支架上。點(diǎn)擊紅外燈可調(diào)節(jié)紅外燈的高 ®,在調(diào)節(jié)前應(yīng)務(wù)除紅外燈上的連線。點(diǎn)擊保溫簡(jiǎn)可調(diào)節(jié)保溫筒的也置，在調(diào)節(jié) 前應(yīng)將紅外燈移至最大位置，并且同時(shí)杉除加熱鋼盤(pán)上的連線。自擊雙JJ雙厠開(kāi) 關(guān)，可改變開(kāi)關(guān)的位置自幫調(diào)壓器:實(shí)際照片和程序中的顯示實(shí)際儀器仿真儀器操作提示:鳳標(biāo)左罐或右罐點(diǎn)擊調(diào)壓旋粗，調(diào)節(jié)輸岀電壓。目舸壓器迢數(shù)字電壓表:實(shí)麻妝器仿真儀器操作提示:點(diǎn)擊電瀰開(kāi)關(guān)可翻開(kāi)或關(guān)岡數(shù)字電壓表。點(diǎn)擊大視圖中的相關(guān)按8L可進(jìn)展相應(yīng)的設(shè)置員調(diào)節(jié)（按下調(diào)零按擔(dān)，可點(diǎn)擊調(diào)零ssifl對(duì)其進(jìn)展調(diào)零；調(diào)零后mi可選擇適宜的檔位進(jìn)展測(cè)量）數(shù)字電壓表杜瓦U：實(shí)際照片和程序中的顯示實(shí)麻儀器仿真儀器游標(biāo)卡尺：實(shí)際照片和程序中的顯示