北航不良导体热导率的测量研究性实验报告.docx

基础物理研究性实验报告不良导体热导率的测定作者：马梦弟学号在院系：能源与动力工程学院2012年12月9日摘要：本研究性报告以“A04不良导体热导率的测量”实验为深入研究探讨的课题，简单介绍不良导体热导率测量的基本原理以及操作步骤等，重点进行改变某个实验条件后实验的误差分析，从而进一步了解在实验过程中控制实验条件对实验结果的重要性，对今后误差分析有一定的作用。关键词：不良导体热导率实验条件AbstractThe research report A04 poor conductor of heat conductivity measurement experiments for in-depth study of the themes, brief poor conductor of thermal conductivity measurement of the basic principles and steps, focusing on experimental error after changing certain experimental conditionsanalysis, so as to further understanding of the importance of experimental conditions on the experimental results, the future error analysis of the role of control in the course of the experiment.Keywords: Poor conductor Thermal conductivityexperiments conditions一、实验目的1．学会正确使用量热器和数学三用表的方法；2．学习用稳态法测非良导体的导热系数；3．掌握热传导的基本公式——傅里叶导热方程。二、实验原理1、基本原理本实验利用热源在待测样品内部形成不随时间改变的稳定温度分布，然后进行测量，即稳态法。1882年Fourier给出了热传导的基本公式——Fourier导热方程。方程指出，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为、温度分别为、（设），若平面面积为，则在时间内通过面积的热量满足下述方程：（2.1.1）式中，为热流强度，称为该物质的热导率（又称导热系数），单位为W/()。本实验装置如图1所示。在支架D上依次放上圆铜盘P、待测样品B和厚底紫铜圆盘A。在A的上方用红外灯L加热，使样品上、下表面分别维持在稳定的温度、，、分别与插入在A、P侧面深孔中的热电偶E来测量。E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H内的冰水混合物中。数字式电压表F用来测量温差电动势。由式（2.1.1）知，单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为（2.1.2）式中，为圆盘样品的直径，为样品厚度。当传热达到稳定状态时，通过B盘上表面的热流量与由黄铜盘P向周围环境散热的速率相等。因此，通过求黄铜盘P在稳定温度时的散热速率来求热流量。因此，在读到稳定的、后，将B移去，使A直接与P接触。当P的温度上升到高于稳定时读数若干度后，再将A移开，让P自然冷却。测量其温度随时间的变化，求得，则稳态黄铜盘散热速率表达式修正如下：（2.1.3）将式（2.1.3）代入（2.1.2），得，（2.1.4）2、热电偶测温原理本实验采用铜-康铜热电偶测温度。基本原理是：由两种不同导体或半导体组成的闭合回路。如果他们的节点处于不同的温度和，则回路中就会有热电动势。通常取℃，称为冷端；置于被测介质中，就可以用来确定介质的温度。可以证明：在热电偶回路中接入的中间导体两端温度想同，热电偶总回路的就不会变化。温差电动势用数字电压表测量。对铜-康铜热电偶而言，，其中℃。故实验中选取能读到0.01mv的电压挡。三、实验仪器红外灯源，铜盘，圆筒，杜瓦瓶，数字毫安表，游标卡尺四、实验步骤1：用游标卡尺多次测量铜盘，样品的直径，厚度，用电子天平测铜盘的质量。2：在杜瓦瓶中装冰水混合物，按电路图连接电路。（注意：在安放散热盘和发热体时要注意使放热电偶的小孔上下对齐，并与杜瓦瓶等在同一侧。）3：打开加热器开关，打开风扇，为缩短达到稳态的时间，可先将热板电源电压打在220V档，当几分钟后θ1=4.00mV再将开关拨至110V档。然后每隔2分钟读一下温度，当10min内，样品圆盘上、下表面温度θ1、θ2示值都不变时，即可认为达到稳定状态，记录此时的θ1、θ2值。4：抽出样品，关闭风扇，让底盘C与散热盘P直接接触，加热P盘，当温度上升十摄氏度左右时（即热电偶示值大于稳态时θ2值0.42mV左右）移去发热体。5：让P盘自然冷却，每隔30s读一次P盘的温度（读电压表示数）示值，由邻近θ2值