不良导体热导率的测量

1、不良导体热导率得测量实验简介导热系数 （又叫热导率 ）就是反映材料热性能得重要物理量。 热传导就是热交换得 三种（热传导、对流与辐射 ）基本形式之一 ,就是工程热物理、材料科学、固体物 理及能源、 环保等各个研究领域得课题、 材料得导热机理在很大程度上取决于它 得微观结构 , 热量得传递依靠原子、分子围绕平衡位置得振动以及自由电子得迁 移。在金属中电子流起支配作用 ,在绝缘体与大部分半导体中则以晶格振动起主 导作用。因此,某种材料得导热系数不仅与构成材料得物质种类密切相关 ,而且还 与材料得微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验与工程设计中 , 所用材料得导热系数都需要用实验得方法精

2、确测定。 测固体材料热导率得实验方 法一般分为稳态法与动态法两类。实验原理dt时间内通过dS面积得热量dQ,正比于物体内得温度梯度,其比例系数就是导热系数 , 即:(1)式中为传热速率，就是与面积dS相垂直得方向上得温度梯度，“一”号表示 热量由高温区向低温区域，入就是导热系数，表示物体导热能力得大小、在SI中入 得单位就是W- m-1 K-1、对于各向异性材料,各个方向得导热系数就是不同得（常用张量来表示 ） 、1、 不良导体导热系数得测量图1就是不良导体导热系数测量装置得原理图。设样品为一平板 ,则维持上下平面有稳定得T1 与 T2（ 侧面近似绝热 ）, 即稳态时通过样品得传热速率为 :(

3、2)式中hB为样品厚度，Sb R2B为样品上表面得面积，（Ti T 2）为上、下平面得温度差，入为导热系数。在实验中，要降低侧面散热得影响，就需要减小h。因为待测平板上下平面得 温度T1与T2就是用传热圆筒A得底部与散热铜盘C得温度来代表，所以就必须 保证样品与圆筒 A 得底部与铜盘 C 得上表面密切接触。实验时,在稳定导热得条件下（T1与T2值恒定不变）,可以认为通过待测样品 盘B得传热速率与铜盘C向周围环境散热得速率相等。因此可以通过 C盘在稳定温度T2附近得散热速率，求出样品得传热速率。在读取稳态时得T 1与T2之后,拿走样品B,让C盘直接与传热筒A底部得下表面接触，加热铜盘C,使C盘温

4、度上升到比T2高10°C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得温度 值,求出C盘在T 2附近得冷却速率。对于铜盘C,在稳态传热时，其散热得外表面积为，移去传热筒A后,C盘得散 热外表面积为 , 考虑到物体得散热速率与它得散热面积成比例 , 所以有 :(3)式中R C与he分别为C盘得半径与高度。根据热容得定义 , 对温度均匀得物体 , 有:对应铜盘C,就有、(4)与 c 铜分别就是 C 盘得质量与比热容 , 将此式代入式(3) 中, 有:(5)比较式(5) 与(2), 便得出导热系数得公式 :(6)m 铜、 hB、 RB、 hC、

5、 RC、T 1与 T2 都可由实验测量出准确值 , 本实验所用黄 铜盘比热容为0、3709kJ/kg K,因此，只要求出,就可以求出导热系数入、实验内容本实验得主要内容为测量橡胶盘得导热系数。1. 观察与认识传热现象、过程及其规律。(1)用游标卡尺测量铜盘与橡胶盘得直径及厚度 , 多次测量 , 并求出平均值、(2)熟悉各仪表得使用方法 , 按图 1 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 达到稳定态得时间，可先将红外灯电压升到200V左右，大约5 mi n之后,再降到110V左右，然后每隔一段时间读一次温度值，若1 Omin内Ti与T2得示值基本

6、不变,则可以认为达到稳定状态。记下稳态时得Ti与T 2值。随后移去橡胶盘B ,让散热C盘与传热筒A得底部直接接触，加热C盘，使C盘得温度比T 2高约1 0C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30 s记一 次温度T值，选择最接近T 2前后得各6个数据，填入表格中。2 .用逐差法求出铜盘C得冷却速率，并由公式 求出样品得导热系数 入。3、绘出T-1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，将结果代入式（6 ）中,计算橡胶盘得导热系数/、实验仪器本实验得主要仪器有：主仪器，自耦调压器,数字电压表，杜瓦瓶,游标卡尺，电子秒表

7、主仪器：实际照片与程序中得显示实际仪器仿真仪器口 ”6 -as操作提示:拖动桌面上得橡胶盘可拖至主仪器得支架上。点击红外灯可调节红外灯得高 度,在调节前应移除红外灯上得连线。点击保温筒可调节保温筒得位置，在调节前点击双刀双掷开关,应将红外灯移至最大位置，并且同时移除加热铜盘上得连线、 可改变开关得位置自耦调压器：实际照片与程序中得显示实际仪器仿真仪器操作提示:鼠标左键或右键点击调压旋钮，调节输出电压。数字电压表:ma 谓 SK-.0： -rI中緬1实际仪器仿真仪器操作提示:点击电源开关可打开或关闭数字电压表。点击大视图中得相关按钮，可进行相应得设置及调节（按下调零按钮，可点击调零旋钮对其进行调零；调零后即可选择合适得档位进行测量）、inSUS85S»SS»SS血:啊miniSSSS隅gjg口 门忙 t J f T JY Tirrl;»|£3 U：胃 :啜杜瓦瓶：实际照片与程序中得显示/实际仪器仿真仪器游标卡尺：实际照片与程序中得显示实物照片仿真仪器操