不良导体热导率的测量.docx

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不良导体热导率的测量

实验题目：

不良导体热导率的测量

满分100

姓名：

娄春雅学号：

201922150275。

班级：

材料卓越二班实验日期：

05.29校区：

兴隆山校区。

一、实验目的

1.了解热传导现象的物理过程。

2.学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。

二、实验仪器

主要仪器有：

主仪器,自耦调压器,,数字电压表,杜瓦瓶,游标卡尺,电子秒表

三、实验原理（主要公式，原理图，实验方法等）

本实验采用的是稳态平板法测量不良导体的导热系数。

当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导。

傅里叶指出，在dt时间内通过dS面积的热量dQ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数

如上图是不良导体导热系数测量装置的原理图。

设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的T1和T2（侧面近似绝热）

在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。

因为待测平板上下平面的温度T1和T2是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。

实验时，在稳定导热的条件下（T1和T2值恒定不变），可以认为通过待测样品盘B的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等。

因此可以通过C盘在稳定温度附近的散热速率，求出样品的传热速率。

在读取稳态时的T1和T2之后，拿走样品B，让C盘直接与传热筒A底部的下表面接触，加热铜盘C，使C盘温度上升到比T2高10℃左右（即温差电动势升高0.42mv左右），再移去传热筒A，让铜盘C通过外表面直接向环境散热（自然冷却），每隔一段时间记下相应的温度值，求出C盘在T2附近的冷却速率。

逐差法处理数据:

逐差法是针对自变量等量变化，因变量也做等量变化时，所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果。

其优点是充分利用了测量数据，具有对数据取平均的效果，可及时发现差错或数据的分布规律，及时纠正或及时总结数据规律。

它也是物理实验中处理数据常用的一种方法。

本实验的数据是每30秒记录一次温度值，依次为T1、T2、T3……Ti,如果计算平均值，如下图式子1实际上只有Tn和T0这两个数据起作用，这两个数据如有误差，将严重影响结果的准确性，而其它的数据没有利用，失去了在大量数据中求平均以减小误差的作用。

由误差理论可知，多次测量的算术平均值为最近真值。

为避免上述情况，一般在连续测量等间隔数据时，常把数据分成两组，逐次求差再算平均值，这样得到的结果就保持了多次测量的优点。

但应注意，只有在连续测量的自变量为等间隔变化，相应两个因变量之差均匀的情况下，才可用逐差法处理数据。

四、实验内容（实际实验内容，操作步骤，及提高精度措施）

本实验的主要内容为测量橡胶盘的导热系数。

1．观察和认识传热现象、过程及其规律。

（1）用游标卡尺测量铜盘和橡胶盘的直径及厚度，多次测量，并求出平均值。

（2）熟悉各仪表的使用方法，按原理图连接好仪器。

（3）接通自耦调压器电源，缓慢转动调压旋钮，使红外灯电压逐渐升高，为缩短达到稳定态的时间，可先将红外灯电压升到200V左右，大约5min之后，再降到110V左右，然后每隔一段时间读一次温度值，若10min内T1和T2的示值基本不变，则可以认为达到稳定状态。

记下稳态时的T1和T2值。

随后移去橡胶盘B，让散热C盘与传热筒A的底部直接接触，加热C盘，使C盘的温度比T2高约10℃左右，把调压器调节到零电压，断开电源，移去传热筒A，让C盘自然冷却，每隔30s记一次温度T值，选择最接近T2前后的各6个数据，填入表格中。

2．用逐差法求出铜盘C的冷却速率，并由公式求出样品的导热系数λ。

3．绘出T-t关系图，用作图法求出冷却速率。

4．用方程回归法进行线性拟合，求解冷却速率及其误差,将结果代入公式中，计算橡胶盘的导热系数λ。

5.加热C盘时，升高的温度务必控制在10度左右（约0.42mv），不能偏差太大。

该操作过程动作要迅速。

（提高精度措施）

五、数据处理（详细的处理过程，含中间结果）

六、注意事项

1.注意控制加热过程中系统升、降温速度的控制。

2.加热C盘时，升高的温度务必控制在10度左右（约0.42mv），不能偏差太大。

该操作过程动作要迅速。

3.使用多次测量取平均值，等仪器稳定后读数等措施来减小误差。

4.在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。

因为待测平板上下平面的温度T1和T2是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。

七、实验总结及问题讨论

总结：

1.本实验原理比较简单，但是对操作和数据处理有比较高的要求,且本实验产生误差因素较多，应采取各种措施减小误差。

问题讨论：

1.试分析实验中产生误差的主要因素以及实验中是如何减小误差的？

a.游标卡尺读数误差b.仪器测量误差

本实验使用多次测量取平均值，等仪器稳定后读数等措施来减小误差

2.傅里叶定律dQ/dt（传热速率）是不易测准的量。

本实验如何巧妙地避开了这难题？

答:

本实验中利用了稳态下铜板散热量与待测板传热量相等这一条件,将测不良导体传热速率的问题转化为了测良导体散热速率的问题，而对于铜板这一良导体,其质量与比热是可知的，故测热量的变化又可转化为测量铜板温度的变化,又根据温差产生电压，并且电压大小同温差成正比,从而只需测量一些简单的量即可得出不良导体的传热速率。

八、原始数据（截图）

九、教师评语