动态法测热导率.doc

物理实验报告 动态法测量物体热导率 院系：物理与信息技术学院 班级：2009级物理二班 姓名：郝娟 学号 指导老师 ：黄育红 动态法测量物体热导率 论文语种: 学科门类: 理学 一级学科: 物理学 二级学科: 学 郝娟 学号： 班级: 09级物理二班 学校: 陕西师范大学 院系: 物理学与信息技术学院 专业: 导师姓名: 论文完成日期: 2011/6/ 论文题目(中文): 论文题目(外文): U 论文关键字(中文): 论文摘要：热导率(thermal conductivity)是量度材料导热性能的物理量, 又称导热系数(coefficient of thermal conductivity) 。定义为面积热流量除以温度梯度。符号为λ,(k),单位是瓦[特]每米开[尔文]，符号为W/(m·K)。——动态法，了解其的特点和优越性，并且认识热波加强对波动理论的理解。 正文： 实验原理：本实验主要利用热导率动态测量仪与微型计算机。实验中，为使实验简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状。棒的两端一端为热端，其温度按简谐变化；另一端用冷水冷却，保持恒定低温。热端（X=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将按衰减波的形式在棒内向冷端传播，成为热波，也就是温度波。通过推导可得待测材料的热导率公式为 (，其中 为热波波速，为材料的比热容，为材料密度，分别为热端温度按简谐方式变化的频率和周期。实验仪器主机示意图如下所示： 实验中要解决的关键问题有两个，一是如何实现温度的一维传播，二是如何实现热端温度随时建按简谐形式传播。 为实现温度的一维传播，将材料制成棒状，并用绝缘材料包裹其侧面，这样热量将只沿着轴向传播，并且在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度总是相同的。于是只要测量轴线上的各点温度的分布，就可以确定整个棒上的温度分布，温度的测量用热电偶列阵。热电偶均匀擦在棒内轴线处相邻电偶距离2cm，为保持棒尾温度恒定，防止整个棒尾温度起伏，用冷却水冷却，诸热电偶低电势端公用，高电势端可单独测量。经过信号调理单元输入X--Y微机，直接画出该丶的热电动势放大后随时间变化的--曲线，也代表了T--t曲线。虽然热电动势与温度的大小关系不是现线性的，但是其变化规律是一样的。 直接控制加热器来制造简谐规律变化的热源是很困难的，但是制造一个简谐脉冲是相对简单的。在样品的一段放上电热器，使其始终处于90s开，90s关，周期为180s的交替加热状态，于是电热器变成了角频率为=180s的脉动热源。如下图所示: 图( 热端冷却水的作用是提高脉动幅度，因为有预热滞留的存在，并非一停止加热，棒端温度就冷却下来的。冷端冷却水的作用是保持低温端温度一直为。下面分析如何产生简谐热端温度。当脉动热源加热到一段时间后，棒的热端就会出现稳定的幅度较大的温度脉动变化，如下图所示：图( 实验内容：分别测量铜、铝的热导率。 1. 仔细阅读实验室提供的仪器说明书，熟悉仪器面板配置及各控制键的功能。 测量前准备工作：先检查供水是否正常，然后打开计算机电源，接通测量仪器电源；在正式测量之前应线条节水的流量，使水流稳定。一般情况下，系统需运行40min~60min，样品中个点的温度起伏才能达到动态平衡。 实验中一般选择“程控”工作方式，方便快捷（手动操作方式步骤略）。方法如下： 打开微机，在windows操作系统下，打开“热导率动态测量”程序。在操作界面上选择脉动周期为180s；选择铜（或铝）样品；设置x,y方向的单位坐标，新方向为时间，单位为秒，y方向为信号强度，单位为毫伏；最后选择一个或几个测量点。 有关参数设定好之后点击“开始”按钮，即开始对样品各测量点进行测量，测量同时，测量数据被显示在“数值显示区”，曲线和参考方波被现实在程序界面上的“测量曲线显示区”。如需暂停或测量曲线时间已够单击该按钮（此时该按钮名称已自动改为停止）即可停止测量》。改换参数后，单击该按钮后即可继续进行下面的测量。 将界面上的“显示区域”中的信号和方波截取下来，进行数据处理。 单击“计算”按钮，微机可自动进行计算。计算数据作为参考值。 数据处理： 方法（1） 假定采取的点为1，5两点，查看两组测量图形，发现两条信号曲线与方波之间存在相位差，则在记录仪画的第一点的图像上，将峰值与方波前沿的距离用手描绘出来，如图(所示，测出距离为,再在第五点的测量图像上将曲线和第一点对应的峰值与对应方波的前沿的距离描绘出来，测量此距离为，这个差值为，这正是热波从测量点测量点所需时间t在测量仪上