固體熱導(dǎo)率的測(cè)定

固體熱導(dǎo)率測(cè)定的研究摘要：用穩(wěn)態(tài)法測(cè)定在杜瓦瓶?jī)?nèi)放置■定的冰水混合物和杜瓦瓶?jī)?nèi)放置常溫下的自來(lái)水情況下的結(jié)果，觀察測(cè)定結(jié)果％較兩個(gè)溫度下實(shí)驗(yàn)的精確程度。關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)法固體熱導(dǎo)率硅膠圓盤1引言：在對(duì)固體熱導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)，不能保證杜瓦瓶?jī)?nèi)一直保持冰水混合物狀態(tài)，即改變了熱電偶的冷端溫度，在不能預(yù)知結(jié)果的前提下，不能確定出現(xiàn)這種情況時(shí)，實(shí)驗(yàn)果是否會(huì)不正確或是增加實(shí)驗(yàn)誤差。所以本實(shí)驗(yàn)對(duì)在改變冷端溫度的情況下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)定，觀察分析測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)杜瓦瓶中為冰水混合物時(shí)的結(jié)果更加精確。^2L/<r>**^c-：根據(jù)穩(wěn)態(tài)法，即先用熱源對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行加熱，并在樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分后進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱方程式可得：由上式可得，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)待測(cè)樣品C任一圓截面的熱流量為：，：由于發(fā)熱盤A和■熱盤B都是白導(dǎo)體兩者的溫度可代表金屬導(dǎo)體上那個(gè)下兩個(gè)由于發(fā)熱盤A和散^熱^盤^B^都^是?^^體兩■^的可^代表金屬導(dǎo)體那|下兩|面^^^^^溫度。當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)F過(guò)樣上表面的熱流量與由散熱銅盤B向周圍環(huán)△Q境散熱的速率相等，因此，可通過(guò)銅盤B在穩(wěn)定溫度時(shí)的散熱速率來(lái)求出熱流量二二，At考慮到物體的冷卻速度與它的表面積成正比，故表達(dá)式（1）應(yīng)修正為式中：mB——散熱銅盤B的質(zhì)量（式中：mB——散熱銅盤B的質(zhì)量（kg）c——銅的比熱容（J/kg-K）AT....、Att=t3散熱盤在T溫度下的散熱速率（mv/s）b3RB散熱盤B的半徑（mm）hB散熱盤B的厚度（mm）RC硅膠C的半徑（mm）h硅膠厚度（mm）?硅膠上端溫度（mv）-硅膠下端溫度（mv）-穩(wěn)態(tài)時(shí)硅膠的溫度（mv）Att=t3實(shí)驗(yàn)主要儀器及用具：TC-3型熱導(dǎo)率測(cè)定儀，硅膠樣品，TW-1型物理天平，游標(biāo)卡尺，冰水混合物。3.1實(shí)驗(yàn)方法：（1）接通電源，將加熱器開(kāi)關(guān)打到高熱檔，用實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量待測(cè)硅膠C以及散熱盤B的直徑、質(zhì)量和厚度。（2）在杜瓦瓶中放入常溫下的自來(lái)水，將熱電偶與測(cè)量?jī)x連接好。（3）測(cè)量穩(wěn)態(tài)時(shí)的T1,T2。打開(kāi)電扇，將加溫的上限溫度設(shè)置為100°C，當(dāng)I1的溫度約為4mv時(shí)，降低加熱電壓。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，每隔3分鐘記錄T1和T2的值。（4）移開(kāi)圓A盤，取下金屬導(dǎo)體C和樹(shù)脂圓盤，使A盤的底面與B盤直接接觸，當(dāng)B盤的溫度上升到高于B盤在穩(wěn)態(tài)下溫度T2若干度（0.2mv左右）后，關(guān)掉加熱器開(kāi)關(guān)KA（電扇仍處于工作狀態(tài)），移去A盤，讓B盤自然冷卻，記錄T2共約6?8次，每隔30秒一次。（在杜瓦瓶中放冰水混合物時(shí)步驟同上）（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)的公式計(jì)算出金屬導(dǎo)體的熱導(dǎo)率。3.2數(shù)據(jù)記錄1.基本數(shù)據(jù)銅的比熱容c=385.06J/(kg-K)室溫t=16.5土0.5°C,（1）散熱盤B直徑2RB=129.74土0.02mm，半徑rb=64.87土0.01mm，厚度hB=7.80土0.02mm,質(zhì)量m=B842.80土0.05g（2）硅膠盤C直徑2RC=129.54土0.02mm，厚度hC=8.12土0.02mm。半徑RC=74.77土0.01mm，2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄:I12345平均常溫自來(lái)水Ta1I(mv)|2.822.82.782.762.742.78rj￥2T(mv)1.421.411.41.391.381.4冰水混合Tb2mv)32.992.982.972.972.98物(mv)1.761.751.741.731.721.74熱導(dǎo)率W/(m?K)1=0.1522=0-162時(shí)間t(s)0306090120150180女隔方)常溫自來(lái)水T2(mV)1.321.261.21.141.081.030.980.0019冰水混合物T2(mV)1.561.491.431.371.311.251.20.0023.3數(shù)據(jù)處理(1)常溫自來(lái)水:mvmv冰水混合物:,T_相對(duì)偏差的計(jì)算：實(shí)驗(yàn)室采用的不良導(dǎo)體為硅膠盤，其熱導(dǎo)率的理論參考值為0.072?0.165W/(m?K)。理論參考值取平均值0.165W/(m-K)：3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)時(shí)室外取得的自來(lái)水溫度明顯低于室溫，雖然其溫度依舊高于0°C,但這使測(cè)出的數(shù)據(jù)與常溫的有偏差，以致結(jié)果有誤差。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，硅膠盤與A,B盤之間有可能沒(méi)有完全重合，那么硅膠盤就不能完全參與導(dǎo)熱，實(shí)驗(yàn)就存在了操作誤差。從觀察結(jié)果以及公式可得，實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源主要是由T1,T2之差引起的，那么從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，杜瓦瓶?jī)?nèi)放冰水混合物的情況下測(cè)得的T1,T2要比放常溫自來(lái)水的數(shù)值大，從而實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確。實(shí)驗(yàn)從早晨到中午共進(jìn)行了4個(gè)多小時(shí)，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響熱導(dǎo)率測(cè)量的數(shù)據(jù)，可能