非良导体热导率的测量带实验大数据处理.docx

本科实验报告 （阅） 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板，上下两底面的温度T?，T?不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为 dQ dT 图1 测量样品 式中，dQdT=Φ为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；dTdl 如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则dtdl φ=dQ 得到 λ=- 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的φ。 建立稳恒态 为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C之间，且紧密接触，（见图2）。 图二 测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。首先，可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度TA逐渐升高。当TA高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的? 因为流过B的热流速率?就是A从B获的热量的速率，而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等，所以，可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测?。当A单独存在时，它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 ?自 式中，c为A的比热容；m为A的质量；n=dTAdtT=T2成为在稳恒温度T2 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是：当A、C已达稳恒态后，记下他们各自的稳恒温度T2,T1后，再断电并将B移开。使A，C接触数秒钟，将A 的温度上升到比T2高至某一个温度，再移开C，任A自然冷却，当TA降到比T2约高To（℃）时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA低于T2约To（℃）时止。测的数据后，以时间t为横坐标，以TA为纵坐标做A的冷却曲线，过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线，则斜率就是A在TA的自然冷却速度，即 n=dTA 于是有 ?自 但要注意，A自然冷却时所测出的?自与试验中稳恒态时A散热是的热流速率?是不同的。因为A在自然冷却时，它的所有外表面都暴漏在空气中，都可以散热，而在实验中的稳恒态时，A的上表面是与B接触的，故上表面是不散热的。由传热定律：物体因空气对流而散热的热流速率 ?=?自 将（6）带入（2）式即得 φ=dQdT=- 【实验仪器】 1．EH-3型数字化热学实验仪 图3. EH-3型数字化热学实验仪 图4. EH-3型数字化热学实验仪 2. 测导热率的 实验装置 加热盘、待测样品橡胶盘、散热铝盘 游标卡尺 量程： 0~125 mm 分度值： 0.02 mm 表1 实验仪器 【实验内容】 （1）建立稳恒态 eq \o\ac(○,1)如图3、图4所实验装置，连接好电缆线，打开电源开关，“测量选择”开关旋至“设定温度”档，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”钮，选择设定C盘加热为所需的温度（如80℃）值。 eq \o\ac(○,2)将“测量选择”开关拨向“上盘温度”档，打开加热开关，观察C盘温度的变化，直至C盘稳定恒定在设定温度（如80℃）。 eq \o\ac(○,3)再将“测量选择开关拨向“下盘温度”档，观察A的温度变化，若每分钟的变化 T0.1℃，则可认为达到稳恒态。记下此时的A和C的温度T和T。 时间测量：按动“启动”钮一下，即开始计时；再按动“启动”钮一下即暂停计时；按动“复位”钮，即归零。 （2）测A盘在T时的自然冷却速度 在读取稳态时的T和T之后，拿走样品B，让A盘直接与加热盘C底部的下表面接触，加热铝盘A，使A盘温度上升到比T高3左右，再移去加热盘C，关闭加热开关，“测量选择”开关拨向“下盘温度”档，让铝盘A通过外表面直接向环境散热（自然冷却），每隔一分钟记下相应的温度值，作出A的冷却曲线，求出A盘在T附近的冷却速率。 （3）用游标卡尺测出待测板A的直径2R和厚度，记下A盘的质量m。 （