不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量實驗報告

1、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量（88）姓名：常安 學(xué)號：實驗?zāi)康模?. 了解熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的物理過程。2. 學(xué)習(xí)用穩(wěn)態(tài)平板法測量不良導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)系數(shù)并用作圖法求冷卻速率實驗原理：1. 導(dǎo)熱系數(shù) 當(dāng)物體內(nèi)存在溫度梯度時，熱量從高溫流向低溫，謂之熱傳導(dǎo)或傳熱，傳熱速率正比于溫度梯度以及垂直于溫度梯度的面積，比例系數(shù)為熱導(dǎo)系數(shù)或?qū)崧剩?（1）2. 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量厚度為、截面面積為的平板形樣品（橡膠板）夾在加熱圓盤和黃銅盤之間。熱量由加熱盤傳入。加熱盤和黃銅盤上各有一小孔，熱電偶可插入孔內(nèi)測量溫度，兩面高低溫度恒定為T1 和T2時，傳熱速率為 （2）由于傳熱速率很難測量，但當(dāng)T1 和T2穩(wěn)定時，傳入橡膠

2、板的熱量應(yīng)等于它向周圍的散熱量。 這時移去橡膠板，使加熱盤與銅盤直接接觸，將銅盤加熱到高于T2約10度，然后再移去加熱盤，讓黃銅盤全表面自由放熱。每隔30秒記錄銅盤的溫度，一直到其溫度低于T2，據(jù)此求出銅盤在T2附近的冷卻速率。銅盤在穩(wěn)態(tài)傳熱時，通過其下表面和側(cè)面對外放熱；而移去加熱盤和橡膠板后是通過上下表面以及側(cè)面放熱。物體的散熱速率應(yīng)與它們的散熱面積成正比， （3）式中為盤自由散熱速率。而對于溫度均勻的物體，有 （4）這樣，就有 （5）結(jié)合（2）式，可以求出導(dǎo)熱系數(shù)實驗儀器：散熱銅盤，橡膠盤，銅質(zhì)厚底圓筒，支架，紅外燈，數(shù)字電壓表，雙刀雙擲開關(guān)，熱電偶，杜瓦瓶實驗內(nèi)容1. 用卡尺測量A、B

3、盤的厚度及直徑（各測三次，計算平均值及誤差）2. 按圖連接好儀器3. 接通調(diào)壓器電源，將電壓調(diào)到200V左右，從零開始緩慢升壓至T1=3.23.4mV4. 將電壓調(diào)到125V左右加熱，來回切換觀察T1 和T2值，沒分鐘記一次T1、 T2的值，若十分鐘基本不變（變化小于0.03）則認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)，記錄下T1、 T2值5. 移走樣品盤，直接加熱A盤，使之比T2高10，（約0.4 mV）；調(diào)節(jié)變壓器至零，再斷電，移走加熱燈和傳熱筒，使A盤自然冷卻，每隔30s記錄其溫度，選擇最接近T2的前后各6個數(shù)據(jù)，填入自擬表格數(shù)據(jù)處理：1.銅盤和橡膠盤室溫：t=21.7 銅盤質(zhì)量：m銅=900.00g 銅盤比熱容：

4、C銅=0.3709123平均值標(biāo)準(zhǔn)差dA(mm)129.8129.72129.86129.790.07023hA(mm)8.067.847.927.940.1113dB(mm)128.52128.76128.72128.670.07211hB(mm)7.787.827.727.770.02309銅盤的直徑：dA=129.79mm B=儀=0.02mm P=0.95銅盤的厚度：hA=7.94mm B=儀=0.02mm P=0.95橡膠盤的直徑：dB=128.67mm B=儀=0.02mm P=0.95 本實驗使用游標(biāo)卡尺測量銅盤和橡膠盤的直徑，因為直徑的位置很不好把握，所以在實際操作中會出現(xiàn)一定

5、的誤差。橡膠盤的厚度：hB=7.77mm B=儀=0.02mm P=0.95以前使用游標(biāo)卡尺都是卡住物體后讀數(shù)，但是在測量橡膠盤的厚度和直徑時，由于橡膠本身的材料很軟，發(fā)現(xiàn)卡緊后橡膠會凹陷變型，使得測量值偏小;若太松又會使測量值偏大，故這里存在較大誤差。2.溫度導(dǎo)熱穩(wěn)定時：V(T1)=2.94mV V(T2)=2.31mV逐差法123456V(T2)(mV)2.512.472.432.42.362.33789101112V(T2)(mV)2.292.252.222.192.162.12V(T2)(mV)0.220.220.210.210.20.21 標(biāo)準(zhǔn)差： P=0.95導(dǎo)熱系數(shù)：（注意，這一

6、步有誤，請再查書確認(rèn)）合并同類項后得：U=0.013最終結(jié)果： P=0.95作圖法由原始數(shù)據(jù)描點作圖得：取兩點得：t=131s V(T2)=2.35mV t=302s V(T2)=2.15mV算得斜率：K=(2.35-2.15)/(302-131)mV/s=0.00117 mV/s導(dǎo)熱系數(shù)：=0.173 線性擬合法斜率： mV/s不確定度：Uk=1.-5 mV/s (注意:p=?)擬合系數(shù)：r=0.99993不確定度：（有誤）0.006最終結(jié)果： P=0.95思考題：1. 試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要因素。答：使用游標(biāo)卡尺測量直徑時，由于直徑的位置不好把握，故存在一定誤差。做記錄時秒表暫停，有一定的實際中橡膠盤的側(cè)面也有散熱，橡膠盤的散熱量不完全等于銅盤的散熱量。做實驗的時候?qū)嶒炇业沫h(huán)境的溫度有變化，銅盤的散熱速率不恒定。2. 傅里葉定律（傳熱速率）是不易測準(zhǔn)的量。本實驗如何巧妙地避開了這一難題？答：本實驗巧妙地把測不良導(dǎo)體傳熱速率的問題轉(zhuǎn)化為了測良導(dǎo)體散熱速率的問題。由于在穩(wěn)態(tài)下橡膠板的傳熱量近似等于銅盤的散熱量，故只需測出銅盤的散熱量即可。而我們又容易測量銅盤散熱時溫