非良導(dǎo)體熱導(dǎo)率地測量帶實驗大數(shù)據(jù)處理

1、本科實驗報告閱實驗名稱:非良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測量實驗11非良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測量【實驗?zāi)康暮鸵蟆?. 學(xué)習(xí)熱學(xué)實驗的根本知識和技能。2. 學(xué)習(xí)測量非良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的根本原理的方法。3. 通過做物體冷卻曲線和求平衡溫度下物體的冷卻速度，加深對數(shù)據(jù)圖事法的理 解?！緦嶒炘怼繜峥梢詮臏囟雀叩奈矬w傳到溫度低的物體，或者從物體的高溫局部傳到低溫局 部，這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。熱傳遞的方式有三種：傳導(dǎo)，對流和輻射。設(shè)有一厚度為I、底面積為S的薄圓板，上下兩底面的溫度T ，T不相等, 且T1>T2,如此有熱量自上底面?zhèn)鬣l(xiāng)下底面見圖 1，其熱量可以表示為dQ 盯式中，麗=申為熱流量，代表單位時間里流過薄圓板的熱量

2、； 幀為薄圓板內(nèi)熱流 方向上的溫度梯度，式中的負(fù)號表示熱流方向與溫度梯度的方向相反； 為待測 薄圓板的熱導(dǎo)率。如果能保持上下兩底面的溫度不變穩(wěn)恒態(tài)和傳熱面均勻，如此 dt AT T2-T1，于是dQT2T1® =擊=-XSo. T* dTdl(2)得到 So(T2-T!)/f關(guān)鍵1.使待測薄圓板中的熱傳導(dǎo)過程保持為穩(wěn)恒態(tài)。1.建立穩(wěn)恒態(tài)為了實現(xiàn)穩(wěn)恒態(tài)，在試驗中將待測薄圓板B置于兩個直徑與B一樣的鋁圓柱A,C 之間，且嚴(yán)密接觸，見圖2。甩虞引線遅度詳麗引線Qp_1"1）門苗測打科HJ起曖估感謹(jǐn)引線圖二測量裝置C內(nèi)有加熱用的電阻絲和用作溫度傳感器的熱敏電阻， 前者被用來做熱源。

3、首先， 可由EH-3數(shù)字化熱學(xué)實驗儀將C內(nèi)的電阻絲加熱，并將其溫度穩(wěn)定在設(shè)定的數(shù) 值上。B的熱導(dǎo)率盡管很小，但并不為零，固有熱量通過 B傳遞給A,使A的溫 度TA逐漸升高。當(dāng)TA高于周圍空氣的溫度時，A將向四周空氣中散發(fā)熱量。由 于C的溫度恒定，隨著A的溫度升高，一方面通過C通過B流向A的熱流速率不 斷減小，另一方面A向周圍空氣中散熱的速率如此不斷增加。 當(dāng)單位時間內(nèi)A從 B獲得的熱量等于它向周圍空氣中散發(fā)的熱量時，A的溫度就穩(wěn)定不變了。因為流過B的熱流速率 就是A從B獲的熱量的速率，而穩(wěn)恒態(tài)時流入 A的熱流速率與它散發(fā)的熱流速率相等， 所以，可以通過測A在穩(wěn)恒態(tài)時散熱的熱流速率來測。當(dāng)A單獨

4、存在時，它在穩(wěn)恒溫度下向周圍空氣中散熱的速率為dQdl'A0R =- cm （石）=cmndTA式中，匚為A的比熱容；m為A的質(zhì)量；n二山T=T2成為在穩(wěn)恒溫度T2時的冷 卻速度。A的冷卻速度可通過做冷卻曲線的方法求得。具體測法是：當(dāng)A、C已達(dá)穩(wěn)恒態(tài)后，記下他們各自的穩(wěn)恒溫度 T2,T1后，再斷電并將B移開。使A, C接觸數(shù) 秒鐘，將A的溫度上升到比T2高至某一個溫度，再移開 C,任A自然冷卻，當(dāng) TA降到比T2約高ToC時開始計時讀數(shù)。以后每隔一分鐘測一次TA,直到TA低于T2約ToC時止。測的數(shù)據(jù)后，以時間t為橫坐標(biāo)，以TA為縱坐標(biāo)做A 的冷卻曲線，過曲線上縱坐標(biāo)為 T2的點做此曲

5、線的切線，如此斜率就是 A在TA 的自然冷卻速度，即dTAU= dt 1T3 - l bH2= JTa-Th于是有°自=Cm 5但要注意，A自然冷卻時所測出的0自與試驗中穩(wěn)恒態(tài)時A散熱是的熱流速 率是不同的。因為A在自然冷卻時，它的所有外外表都暴漏在空氣中，都可以 散熱，而在實驗中的穩(wěn)恒態(tài)時，A的上外表是與B接觸的，故上外表是不散熱的 由傳熱定律：物體因空氣對流而散熱的熱流速率與物體暴露空氣中的外表積成正 比。設(shè)A的上下底面直徑為d，高為h，如此有d + Ah+ 4/1一I - f :' 6將6帶入2式即得dQT2 - T1v=-=-XSojj02cml (d + 4A) n

6、啦去-丁血=腫帥仏)GkJ【實驗儀器】1. EH-3型數(shù)字化熱學(xué)實驗儀圖3. EH-3型數(shù)字化熱學(xué)實驗儀圖4. EH-3型數(shù)字化熱學(xué)實驗儀測導(dǎo)熱率的實驗裝置加熱盤、待測樣品橡膠盤、散熱鋁盤游標(biāo)卡尺量程： 0125 mm 分度值：0.02 mm儀 0.02 mm表1實驗儀器【實驗內(nèi)容】1丨建立穩(wěn)恒態(tài)如圖3、圖4所實驗裝置，連接好電纜線，打開電源開關(guān)，“測量選擇開 關(guān)旋至“設(shè)定溫度檔，調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度粗選和“設(shè)定溫度細(xì)選鈕，選擇設(shè) 定C盤加熱為所需的溫度如80C丨值。將“測量選擇開關(guān)撥向“上盤溫度檔，打開加熱開關(guān)，觀察C盤溫度 的變化，直至C盤穩(wěn)定恒定在設(shè)定溫度如 80°C再將“測量選擇開

7、關(guān)撥向“下盤溫度檔，觀察 A的溫度變化，假如每分 鐘的變化 Ta C,如此可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)恒態(tài)。記下此時的A和C的溫度T2和Ti時間測量：按動“啟動"鈕一下，即開始計時；再按動“啟動"鈕一下即暫停計 時；按動“復(fù)位鈕，即歸零。2測A盤在T2時的自然冷卻速度在讀取穩(wěn)態(tài)時的和T2之后，拿走樣品B,讓A盤直接與加熱盤C底部 的下外表接觸，加熱鋁盤A,使A盤溫度上升到比T2高3左右，再移去加熱盤C, 關(guān)閉加熱開關(guān)，“測量選擇開關(guān)撥向“下盤溫度檔，讓鋁盤 A通過外外表直 接向環(huán)境散熱自然冷卻，每隔一分鐘記下相應(yīng)的溫度值， 作出A的冷卻曲線，求出A盤在匚附近的冷卻速率dT3用游標(biāo)卡尺測出待

8、測板A的直徑2RA和厚度hA，記下A盤的質(zhì)量m鋁呂4根據(jù)式7出待測材料的導(dǎo)熱系數(shù)【實驗數(shù)據(jù)與誤差分析】A T2=51.58 CB T仁57.27 CTo=3CA在T2時的冷卻曲線數(shù)據(jù)A在T2時的冷卻曲線由圖得n=牛穩(wěn)恒態(tài)時T1,T2數(shù)據(jù)表36S=n的不確定度：Sa(Xx)2nf n1)=0.01579cC薄圓板A的直徑D與厚度的數(shù)據(jù)I表4表徑DS= n的A類不確定度：SaB類不確定度：儀0.02 mm合成不確定度：d .儀2 Sa20.11 mm0.00011(M)5(Xx)2 =0.1112 mm 1)5(XX)2厚度hs= n的A類不確定度：Sai 1;-=0.1759 mmn(n1)B類

9、不確定度:0.02 mm合成不確定度：h儀2 Sa20.18 mrnil0.00018(M)厚度lS= n的A類不確定度：Sax)21)=0.0197 mniB類不確定度：儀0.02 mm合成不確定度：h儀2 Sa20.03 mml0.0004(M)另外 mA c,為單次測量，不考慮 A類不確定度-2計算薄圓板的導(dǎo)熱率兒1 “W/m仝對應(yīng)的誤差傳遞公式為:2Q2（筒(tT1tT2)2(0.0004)22.00011)2( 0.00018)2(0. 02)2(0.0094"“0.09956"( 0.01234”(5. 69)4.51%2.5110-20.04511. 13 1

10、0 3W/m x最終測得待測材料的導(dǎo)熱系數(shù)>< H）丄w/mh【須知事項】 待測平板上、下平面的溫度T1、是用加熱圓盤C的底部和散 熱鋁盤A的溫度來代表，必須保證樣品與圓盤 C的底部和散熱鋁 盤A的上外表密切接觸。 要根據(jù)實驗時的具體情況，調(diào)整設(shè)定溫度。一般設(shè)定溫度在60C至U 70C之間。 撤去樣品盤后，假如散熱盤的溫度上升不到5°C或溫度上升太 慢，可適當(dāng)增加設(shè)定溫度（如5°c），但最好等到散熱盤溫度根本 不變后，再移去加熱盤。 防止?fàn)C傷!【分析思考】1什么叫穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱？如何判定實驗達(dá)到了穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)？答穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱全稱“穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)熱， 亦稱“穩(wěn)定導(dǎo)熱。物體內(nèi)各點的溫度不 隨時間而變化的導(dǎo)熱過程。穩(wěn)態(tài)時，加熱盤和散熱盤的溫度為一穩(wěn)定值。 實驗中 根據(jù)樣品上下外表的溫度即加熱盤和散熱盤的溫度連續(xù) 10min內(nèi)保持不變， 判斷實驗達(dá)到了穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)。2什么是傳熱速率、散熱速率、冷卻速率？這三者在穩(wěn)態(tài)測量時有什么內(nèi)在聯(lián) 系？答：傳熱速率：單位時間內(nèi)通過