不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定課件(趙存虎改編)2017

不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心趙存虎編制1

熱傳導(dǎo)及本質(zhì)：

熱傳導(dǎo)：熱量從高溫物體自發(fā)向低溫物體轉(zhuǎn)移，叫做熱傳導(dǎo)。

本質(zhì)：分子、原子和自由電子的熱運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)言2

導(dǎo)熱系數(shù)

反映材料傳熱性能的物理量。良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)大.（導(dǎo)熱性好的材料導(dǎo)電性也好）金屬比非金屬導(dǎo)熱系數(shù)大，固體比液體導(dǎo)熱系數(shù)大，氣體導(dǎo)熱系數(shù)最小。材料應(yīng)用時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)需實(shí)驗(yàn)測定。3導(dǎo)言材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)λW·

m-1?K-1材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)λW·

m-1?K-1鉑71.4橡皮0.13-0.23黃金315硬質(zhì)聚氨酯泡沬0.020玻璃0.61-0.71玻璃鋼0.52普通磚0.600輕質(zhì)軟木0.050不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)4導(dǎo)言實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握穩(wěn)態(tài)熱板法測定不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)方法；2、學(xué)習(xí)使用物體的散熱速率求出傳熱速率的實(shí)驗(yàn)方法。3、了解IC（半導(dǎo)體集成器）溫度傳感器的使用方法。4、進(jìn)一步熟悉游標(biāo)卡尺的使用。5實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理1、熱傳導(dǎo)定律6固態(tài)樣品在穩(wěn)態(tài)時(shí)，設(shè)

1為x1處表面的溫度，

2為x2處表面的溫度，hB為樣品的厚度，S為樣品的截面面積。則在時(shí)間

t

內(nèi)經(jīng)面積S傳遞的熱量

Q滿足如下規(guī)律：實(shí)驗(yàn)原理2、導(dǎo)熱系數(shù)其中的

為導(dǎo)熱系數(shù)：單位面積、單位厚度的樣品在溫差為1K時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過的熱量即為導(dǎo)熱系數(shù)，單位（W·m-1·K-1）。73、穩(wěn)態(tài)法測不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)傳入樣品的熱量等于散出的熱量時(shí)，樣品處于穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)。樣品內(nèi)部的溫度不再隨著時(shí)間變化。8實(shí)驗(yàn)裝置示意圖~220V電熱板發(fā)熱盤橡膠盤散熱板ＱＱ1Ｑ電風(fēng)扇散熱Ｑ2實(shí)驗(yàn)原理樣品（橡膠盤）的傳熱速率為：

1為樣品上表面的溫度，

2為樣品下表面的溫度，hB為樣品的厚度，S為樣品的截面積。樣品B（橡膠盤）發(fā)熱盤C散熱盤P（黃銅盤）截面積ShB樣品9實(shí)驗(yàn)原理穩(wěn)態(tài)時(shí):傳入的熱量等于散出的熱量

即，樣品的傳熱速率等于散熱盤的散熱速率樣品10實(shí)驗(yàn)原理樣品傳熱速率散熱盤散熱速率關(guān)鍵是求散熱盤的散熱速率移開樣品，讓散熱盤P直接接觸加熱盤C，當(dāng)散熱盤溫度上升超過

2值10℃時(shí)移開加熱盤，在風(fēng)扇持續(xù)作用下使散熱盤散熱冷卻，當(dāng)溫度達(dá)到

2附近時(shí)，散熱盤的散熱速率應(yīng)等于其冷卻速率，即：11實(shí)驗(yàn)原理其中m為散熱盤質(zhì)量，c為散熱盤的比熱容。（吸放熱定律）考慮到散熱盤風(fēng)扇冷卻時(shí)與穩(wěn)態(tài)時(shí)的散熱面積不同，而冷卻速率與它的散熱面積成正比，故而P盤散熱速率修正為：于是12實(shí)驗(yàn)原理其中RP為散熱盤半徑，hP為散熱盤厚度。其中dB為樣品直徑，hB為樣品厚度。13實(shí)驗(yàn)原理樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λRP——散熱盤半徑hP——散熱盤厚度dB——樣品直徑hB——樣品厚度m——散熱盤質(zhì)量，c——散熱盤的比熱容。231測量橡膠盤（樣品）、黃銅盤（散熱板）的直徑、厚度dB、hB、dP、hP。黃銅盤質(zhì)量m和比熱容c由實(shí)驗(yàn)室提供。14實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟穩(wěn)態(tài)法測橡膠盤上下表面的溫度

1

和

2測量散熱盤（黃銅板）的冷卻速率，4計(jì)算

。（1）調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置,各盤之間不能有間隙。（2）開啟電源，設(shè)定發(fā)熱盤的溫度θ1在50℃

。（3）注意觀察！當(dāng)加熱盤溫度達(dá)到設(shè)定溫度θ1后，觀察散熱盤的溫度

θ2，若在10分鐘內(nèi)θ2基本保持不變則系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄最后θ2。15實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)建傳熱系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)并測量樣品溫度θ1

、θ216實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量散熱盤的冷卻時(shí)的溫度（1）停止加熱，取走橡膠盤，調(diào)整加熱盤和散熱盤，使二者直接密切接觸，重新開啟加熱盤使散熱盤升溫。（2）散熱盤溫度超過

2值10℃時(shí)分離兩盤，風(fēng)扇使散熱盤冷卻，每隔20秒讀出散熱盤的溫度示值

，選擇

2附近前后各5個(gè)數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)記錄表5-12-5。17

用逐差法求冷卻速率，

t=100s

數(shù)據(jù)處理1、散熱盤的冷卻速率序號(hào)12345678910t/s020406080100120140160180

/℃2、計(jì)算RP

、hP、dB

、hB平均值；18數(shù)據(jù)處理3、計(jì)算橡膠板的導(dǎo)熱系數(shù)