不良導體熱導率的測定

1、不良導體熱導率的測定 第1頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日 熱導率（又稱導熱系數(shù)）是反映材料熱傳導性能的重要物理量。某種材料的熱導率不僅與材料的物質種類密切相關，而且還與它的微觀結構、溫度、壓力及雜質含量相聯(lián)系。在科學實驗和工程設計中，所用材料的熱導率都需要用實驗的方法精確測定。 第2頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗目的1實驗儀器2實驗原理3實驗內容和步驟4數(shù)據(jù)記錄和處理5思考題6內 容第3頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗目的掌握用穩(wěn)態(tài)法測量不良導體(橡皮樣品)的熱導率； 掌握用作圖的方法求冷卻速率；學習溫度傳感器

2、的應用方法；第4頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗儀器導熱系數(shù)測定儀游標卡尺電子天平鋼板尺秒表第5頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日不良導體導熱系數(shù)測定儀數(shù)字電壓表銅-康銅熱電偶第6頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日圖3熱電偶第7頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日一 熱傳導遵循的基本規(guī)律傅立葉定律： 傳熱速率Q/t 與該平面所在處的溫度梯度成正比，與平面面積S 成正比。熱傳導 注：該公式穩(wěn)態(tài)法測量樣品熱導率的原理公式實驗原理第8頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日二 穩(wěn)態(tài)法測不良導體

3、的熱導率：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Q/t相同，那么樣品內部將形成一個穩(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Q/t 和溫度梯度（dT/dt）是一個確定的值。 關鍵是使樣品內部形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)。實驗原理第9頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日 找穩(wěn)態(tài)？接通電源，打開主機底部小風扇，形成穩(wěn)定的散熱環(huán)境，將加熱盤溫度設定為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，樣品上下表面溫度不變，則樣品達到穩(wěn)態(tài)，記錄（T1，T2）。實驗原理第10頁，共21頁，2022年，5月2

4、0日，0點52分，星期日散熱盤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。當散熱盤的溫度比2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第11頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，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系為：不良導體 的熱導率為：實驗原理第12頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗內容及步驟

5、(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。調節(jié)底部的三個微調螺絲，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，不可互換。） 第13頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗內容及步驟(3) 接上導熱系

6、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，然后顯示當時溫度，當轉換至b = = =時，設定控制溫度為80。設置完成按“確定”鍵，加熱盤即開始加熱。右邊顯示散熱盤的即時溫度。(4) 打開下方的風扇；(5)加熱盤的溫度上升到設定溫度值時，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。第14頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日實驗內容及步驟(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

7、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量并填入數(shù)據(jù)記錄表中。第15頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日樣品尺寸（見實驗臺標簽）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)記錄第16頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄（銅的比熱c=0.09097ca

8、lg-1C-1，比重8.9g/cm3）散熱盤P：質量m= （g）123456Dp (cm)hp (cm) 123456DB(cm)hB(cm)第17頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日 1在坐標紙上繪制散熱盤的冷卻曲線（Tt曲線），根據(jù)作圖法求出散熱盤的冷卻速率。 2計算橡皮的熱導率。 二、數(shù)據(jù)處理第18頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日注意事項（1）為了準確測定加熱盤和散熱盤的溫度，實驗中應該在兩個傳感器上涂些導熱硅脂或者硅油，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，調節(jié)底部的三個微調螺絲，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）導熱系數(shù)測定儀銅盤下方的風扇做強迫對流換熱用，減小樣品側面與底面的放熱比，增加樣品內部的溫度梯度，從而減小實驗誤差，所以實驗過程中，風扇一定要打開。第19頁，共21頁，2022年，5月20日，0點52分，星期日（1）如果長時間達不到