北方民族大學(xué)-不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定

穩(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體的

熱導(dǎo)率北方民族大學(xué)物理實驗中心Fundamentalphysicsexperiment北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!熱導(dǎo)率（又稱導(dǎo)熱系數(shù)）是反映材料熱傳導(dǎo)性能的重要物理量。某種材料的熱導(dǎo)率不僅與材料的物質(zhì)種類密切相關(guān)，而且還與它的微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相聯(lián)系。在科學(xué)實驗和工程設(shè)計中，所用材料的熱導(dǎo)率都需要用實驗的方法精確測定。北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!實驗?zāi)康?實驗儀器2實驗原理3實驗內(nèi)容和步驟4數(shù)據(jù)記錄和處理5思考題6內(nèi)容北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!實驗?zāi)康恼莆沼梅€(wěn)態(tài)法測量不良導(dǎo)體(橡皮樣品)的熱導(dǎo)率；掌握用作圖的方法求冷卻速率；學(xué)習(xí)溫度傳感器的應(yīng)用方法；北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!一熱傳導(dǎo)遵循的基本規(guī)律——傅立葉定律：

傳熱速率ΔQ/Δt與該平面所在處的溫度梯度成正比，與平面面積ΔS成正比。熱傳導(dǎo)注：該公式穩(wěn)態(tài)法測量樣品熱導(dǎo)率的原理公式實驗原理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

找穩(wěn)態(tài)？接通電源，打開主機底部小風(fēng)扇，形成穩(wěn)定的散熱環(huán)境，將加熱盤溫度設(shè)定為80℃后開始加熱，加熱20分鐘后，然后5分鐘記錄一組樣品上下表面溫度，若在10分鐘內(nèi)，樣品上下表面溫度不變，則樣品達到穩(wěn)態(tài)，記錄（T1，T2）。實驗原理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!所有面參與散熱的散熱盤P的散熱速率與其冷卻速率的關(guān)系為：部分面參與散熱的散熱盤P的散熱速率與其冷卻速率的關(guān)系為：不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率為：實驗原理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!實驗內(nèi)容及步驟(3)接上導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的電源，開啟電源后，儀器進入自檢程序。左邊表頭首先顯示FDHC，然后顯示當(dāng)時溫度，當(dāng)轉(zhuǎn)換至b==·=時，設(shè)定控制溫度為80℃。設(shè)置完成按“確定”鍵，加熱盤即開始加熱。右邊顯示散熱盤的即時溫度。(4)打開下方的風(fēng)扇；(5)加熱盤的溫度上升到設(shè)定溫度值時，開始觀察散熱盤的溫度（必要時可每隔一分鐘記錄一次），若在10分鐘或更長的時間內(nèi)加熱盤和散熱盤的溫度值基本不變，可以認為已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)了。北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!樣品尺寸（見實驗臺標(biāo)簽）穩(wěn)態(tài)時加熱盤T1=_____，散熱盤T2=_____散熱盤冷卻過程12345678……t（s）T（℃）數(shù)據(jù)記錄與處理一、數(shù)據(jù)記錄北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!

1．在坐標(biāo)紙上繪制散熱盤的冷卻曲線（T～t曲線），根據(jù)作圖法求出散熱盤的冷卻速率。

2．計算橡皮的熱導(dǎo)率λ。

二、數(shù)據(jù)處理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!（1）如果長時間達不到穩(wěn)態(tài)，可能是什么原因？怎么解決？（2）空氣和水是熱的不良導(dǎo)體，仿照本實驗的設(shè)計，構(gòu)思一套測量空氣或水的熱導(dǎo)率的裝置。思考題北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!實驗儀器導(dǎo)熱系數(shù)測定儀游標(biāo)卡尺電子天平鋼板尺秒表北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!二穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：原理公式：

穩(wěn)態(tài)：經(jīng)一段時間后，如果在樣品的傳熱方向各截面的傳熱速率ΔQ/Δt相同，那么樣品內(nèi)部將形成一個穩(wěn)定的溫度分布狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)時樣品上下溫度將各自停留在某個溫度。傳熱速率ΔQ/Δt和溫度梯度（dT/dt）是一個確定的值。

關(guān)鍵是使樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)。實驗原理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!散熱盤P的冷卻曲線圖

達到穩(wěn)態(tài)后，將樣品取下，讓加熱盤與散熱盤直接接觸，給散熱盤加熱。當(dāng)散熱盤的溫度比Ｔ2高出若干度后，移走加熱盤。散熱盤向周圍散熱，在散熱盤散熱的過程中，每２０秒記錄一次散熱盤溫度，測得散熱盤溫度隨時間變化的一組數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)組繪制冷卻曲線。三測量散熱盤的散熱速率實驗原理北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!實驗內(nèi)容及步驟(1)取下固定螺絲，將橡皮樣品放在加熱盤與散熱盤中間，橡皮樣品要求與加熱盤、散熱盤完全對齊。調(diào)節(jié)底部的三個微調(diào)螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤接觸良好，但注意不宜過緊或過松；(2)按照圖1所示，插好加熱盤的電源插頭；再將2根連接線的一端與機殼相連，另一有傳感器端插在加熱盤和散熱盤小孔中，要求傳感器完全插入小孔中，并在傳感器上抹一些硅油或者導(dǎo)熱硅脂，以確保傳感器與加熱盤和散熱盤接觸良好。在安放加熱盤和散熱盤時，還應(yīng)注意使放置傳感器的小孔上下對齊。（注意：加熱盤和散熱盤兩個傳感器要一一對應(yīng)，不可互換。）北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!實驗內(nèi)容及步驟(6)擰下固定螺絲，取走樣品，再將加熱盤和散熱盤重新對齊，調(diào)節(jié)三個螺栓使加熱盤和散熱盤接觸良好，給散熱盤加熱使其溫度上升到高于穩(wěn)態(tài)T2

值5℃左右即可。（7）移去加熱盤，讓散熱圓盤在風(fēng)扇作用下冷卻，每隔10秒（或者20秒）記錄一次散熱盤的溫度示值填入數(shù)據(jù)記錄表中。(8)用游標(biāo)卡尺和鋼板尺分別測量樣品和散熱盤的直徑和厚度各六次填入數(shù)據(jù)記錄表中。(9)用電子天平稱量一次散熱盤的質(zhì)量并填入數(shù)據(jù)記錄表中。北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄（銅的比熱c=0.09097cal·g-1·C-1，比重8.9g/cm3）散熱盤P：質(zhì)量m=（g）123456Dp(cm)hp(cm)123456DB(cm)hB(cm)北方民族大學(xué)——不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!注意事項（1）為了準(zhǔn)確測定加熱盤和散熱盤的溫度，實驗中應(yīng)該在兩個傳感器上涂些導(dǎo)熱硅脂或者硅油，以使傳感器和加熱盤、散熱盤充分接觸；另外，加熱橡皮樣品的時候，為達到穩(wěn)定的傳熱，調(diào)節(jié)底部的三個微調(diào)螺絲，使樣品與加熱盤、散熱盤緊密接觸，注意不要中間有空氣隙；也不要將螺絲旋太緊，以影響樣品的厚度。（2）導(dǎo)熱系數(shù)測定儀