固体热导率的测定

固体热导率测定的研究摘要：用稳态法测定在杜瓦瓶内放置■定的冰水混合物和杜瓦瓶内放置常温下的自来水情况下的结果，观察测定结果％较两个温度下实验的精确程度。关键词：稳态法固体热导率硅胶圆盘1引言：在对固体热导率进行测量的同时，不能保证杜瓦瓶内一直保持冰水混合物状态，即改变了热电偶的冷端温度，在不能预知结果的前提下，不能确定出现这种情况时，实验果是否会不正确或是增加实验误差。所以本实验对在改变冷端温度的情况下分别进行实验定，观察分析测定结果发现杜瓦瓶中为冰水混合物时的结果更加精确。^2L/<r>**^c-：根据稳态法，即先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分后进行测量。根据傅里叶导热方程式可得：由上式可得，单位时间内通过待测样品C任一圆截面的热流量为：，：由于发热盘A和■热盘B都是白导体两者的温度可代表金属导体上那个下两个由于发热盘A和散^热^盘^B^都^是・^^体两■^的可^代表金属导体那|下两|面^^^^^温度。当热传导达到稳定状态时F过样上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环△Q境散热的速率相等，因此，可通过铜盘B在稳定温度时的散热速率来求出热流量二二，At考虑到物体的冷却速度与它的表面积成正比，故表达式（1）应修正为式中：mB——散热铜盘B的质量（式中：mB——散热铜盘B的质量（kg）c——铜的比热容（J/kg-K）AT....、Att=t3散热盘在T温度下的散热速率（mv/s）b3RB散热盘B的半径（mm）hB散热盘B的厚度（mm）RC硅胶C的半径（mm）h硅胶厚度（mm）•硅胶上端温度（mv）-硅胶下端温度（mv）-稳态时硅胶的温度（mv）Att=t3实验主要仪器及用具：TC-3型热导率测定仪，硅胶样品，TW-1型物理天平，游标卡尺，冰水混合物。3.1实验方法：（1）接通电源，将加热器开关打到高热档，用实验器材测量待测硅胶C以及散热盘B的直径、质量和厚度。（2）在杜瓦瓶中放入常温下的自来水，将热电偶与测量仪连接好。（3）测量稳态时的T1,T2。打开电扇，将加温的上限温度设置为100°C，当I1的温度约为4mv时，降低加热电压。当达到稳态时，每隔3分钟记录T1和T2的值。（4）移开圆A盘，取下金属导体C和树脂圆盘，使A盘的底面与B盘直接接触，当B盘的温度上升到高于B盘在稳态下温度T2若干度（0.2mv左右）后，关掉加热器开关KA（电扇仍处于工作状态），移去A盘，让B盘自然冷却，记录T2共约6〜8次，每隔30秒一次。（在杜瓦瓶中放冰水混合物时步骤同上）（5）根据实验数据，按照相应的公式计算出金属导体的热导率。3.2数据记录1.基本数据铜的比热容c=385.06J/(kg-K)室温t=16.5土0.5°C,（1）散热盘B直径2RB=129.74土0.02mm，半径rb=64.87土0.01mm，厚度hB=7.80土0.02mm,质量m=B842.80土0.05g（2）硅胶盘C直径2RC=129.54土0.02mm，厚度hC=8.12土0.02mm。半径RC=74.77土0.01mm，2.实验数据记录:I12345平均常温自来水Ta1I(mv)|2.822.82.782.762.742.78rj¥2T(mv)1.421.411.41.391.381.4冰水混合Tb2mv)32.992.982.972.972.98物(mv)1.761.751.741.731.721.74热导率W/(m・K)1=0.1522=0-162时间t(s)0306090120150180女隔方)常温自来水T2(mV)1.321.261.21.141.081.030.980.0019冰水混合物T2(mV)1.561.491.431.371.311.251.20.0023.3数据处理(1)常温自来水:mvmv冰水混合物:,T_相对偏差的计算：实验室采用的不良导体为硅胶盘，其热导率的理论参考值为0.072〜0.165W/(m・K)。理论参考值取平均值0.165W/(m-K)：3.4实验结果及分析实验时室外取得的自来水温度明显低于室温，虽然其温度依旧高于0°C,但这使测出的数据与常温的有偏差，以致结果有误差。实验过程中，硅胶盘与A,B盘之间有可能没有完全重合，那么硅胶盘就不能完全参与导热，实验就存在了操作误差。从观察结果以及公式可得，实验误差的来源主要是由T1,T2之差引起的，那么从实验数据来看，杜瓦瓶内放冰水混合物的情况下测得的T1,T2要比放常温自来水的数值大，从而实验结果更精确。实验从早晨到中午共进行了4个多小时，环境温度的变化会影响热导率测量的数据，可能