不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測(cè)定

不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測(cè)定第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日熱導(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(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)中，所用材料的熱導(dǎo)率都需要用實(shí)驗(yàn)的方法精確測(cè)定。第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)儀器2實(shí)驗(yàn)原理3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟4數(shù)據(jù)記錄和處理5思考題6內(nèi)容第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼梅€(wěn)態(tài)法測(cè)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；第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)儀器導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀游標(biāo)卡尺電子天平鋼板尺秒表第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀數(shù)字電壓表銅-康銅熱電偶第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日?qǐng)D3 熱電偶第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日一熱傳導(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(cè)量樣品熱導(dǎo)率的原理公式實(shí)驗(yàn)原理第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日二穩(wěn)態(tài)法測(cè)不良導(dǎo)體的熱導(dǎo)率：原理公式：

穩(wěn)態(tài)：經(jīng)一段時(shí)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(gè)穩(wěn)定的溫度分布狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下溫度將各自停留在某個(gè)溫度。傳熱速率ΔQ/Δt和溫度梯度（dT/dt）是一個(gè)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(shí)驗(yàn)原理第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日

找穩(wěn)態(tài)？接通電源，打開主機(jī)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(dá)到穩(wěn)態(tài)，記錄（T1，T2）。實(shí)驗(yàn)原理第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日散熱盤P的冷卻曲線圖

達(dá)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(cè)得散熱盤溫度隨時(shí)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(cè)量散熱盤的散熱速率實(shí)驗(yàn)原理第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日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(shí)驗(yàn)原理第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)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(duì)齊。調(diào)節(jié)底部的三個(gè)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?qǐng)D1所示，插好加熱盤的電源插頭；再將2根連接線的一端與機(jī)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(shí)，還應(yīng)注意使放置傳感器的小孔上下對(duì)齊。（注意：加熱盤和散熱盤兩個(gè)傳感器要一一對(duì)應(yīng)，不可互換。）第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(3)接上導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的電源，開啟電源后，儀器進(jìn)入自檢程序。左邊表頭首先顯示FDHC，然后顯示當(dāng)時(shí)溫度，當(dāng)轉(zhuǎn)換至b==·=時(shí)，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(shí)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(shí)，開始觀察散熱盤的溫度（必要時(shí)可每隔一分鐘記錄一次），若在10分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)加熱盤和散熱盤的溫度值基本不變，可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)了。第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)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(duì)齊，調(diào)節(jié)三個(gè)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(cè)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。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日樣品尺寸（見實(shí)驗(yàn)臺(tái)標(biāo)簽）穩(wěn)態(tài)時(shí)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)記錄第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)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)第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日

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(jì)算橡皮的熱導(dǎo)率λ。

二、數(shù)據(jù)處理第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日注意事項(xiàng)（1）為了準(zhǔn)確測(cè)定加熱盤和散熱盤的溫度，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該在兩個(gè)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(shí)候，為達(dá)到穩(wěn)定的傳熱，調(diào)節(jié)底部的三個(gè)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(cè)定儀銅盤下方的風(fēng)扇做強(qiáng)迫對(duì)流換熱用，減小樣品側(cè)面與底面的放熱比，增加樣品內(nèi)部的溫度梯度，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以實(shí)驗(yàn)過程中，風(fēng)扇一定要打開。第19頁，共21頁，2023年，2月20日，