气体导热系数的测定研究

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1、第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集气体导热系数的测定研究蒋林华１，应雄纯２（１．湖州师范学院信息工程学院，浙江湖州３１３０００２．湖州师范学院理学院，浙江湖州３１３０００）摘要：在热线温度和测量气压相对恰当的情况下，采用准静态的测量方法，可减弱低气压端对流的影响．文章分析了实验图像在低气压端呈现非线性的原因，并设计了相应的改进方案，指出当气压范围为Ｐ＞１８６．７Ｐａ时，实验误差可以控制在５．９％以内．关键词：热线法，线性外推法，气体导热系数，低气压，对流，准静态０引言气体导热系数是表征物体传热性质的物理量，大学物理实验中测量气体导热系数的基本方法，采用“热线法”在低

2、气压条件一卜．进行，通过线性外推求出干燥空气的气体导热系数，实验装置简洁、直观，操作简便…．但定量分析实验误差和最佳实验参量的资料较少，因此，如何评价和改进实验的测量方案和结果，是大学物理实验中亟待解决的一个问题．１“热线法刀测量气体导热系数的工作原理实验采用“热线法”测量气体的导热系数，用热线恒温自动控制系统维持钨丝温度恒为Ｔ１．每秒气体热传导所耗散的热量，等于钨丝的温度恒为Ｔ１时所耗散的电功率．不同气体由于导热系数不等，维持钨丝温度恒定所消耗的电功率也不等，故可以通过测量钨丝消耗的电功率求算气体的导热系数．设钨丝的半径为ｒｌ，测量室的内半径为ｒ２，钨丝的温度为Ｔｌ，长度

3、为Ｌ，室温为Ｔ２．取距热源钨丝轴线ｒ处的一薄层圆筒状气体层，设其厚度为ｄｒ，长度为Ｌ，内外圆柱面的温度差为ｄＴ，每秒通过该柱面传输的热量为Ｑ，参见图ｌ，根据傅里叶定律有：ｄｒ进气口◎出气口图Ｉ测量室结构图Ｑ—Ｋ詈心一Ｋ芸砌儿改写为：１作者简介：蒋林华（１９５５一），男，浙江嘉兴市人，湖州师范学院高级实验师．研究方向：物理实验教学—１６３—第日届全国高等学校物日实骆赦学矸讨会论文嚣。坐九Ｋ２ａＬｄＴ两边积分得到ｑｘ弘／ｒ＝－２ｎＫ￡２ｄＴＯｘｌｎ（ｒ２‘）＝２７ｒＬＫ（Ｔ，一ｔ）ｗｘ＝盖×｛掣……ｍ其中Ｋ即为持求的气体导热系数上止（１）中Ｌ，ｒ１．ｒ２为仪器常数，测苗室内璀温

4、度可近似看作等于室温对于Ｋ度为Ｌ的钨丝，Ａ不同温度时．它的电阻值并不相等．只要预先标定耗钨丝的温度．根据材料电阻率与扭应的戈系．便可通过删蜮钨丝的ｌＵ阻值ｍ求出它的温应Ｔｌ”’２实验仪器实验采州ＦＢ－－２０２Ｉｆ气体导热系数测定仪．外形寓物幽如幽２所示幽２Ｂ一２０２１９气体导热系数测定仪仪器各部件名称１、三通Ｉ：２、测颦室：３、三通ＩＩ测壮空电压表：５、气压表：６、电源指示柏翌兰饕飘．８Ｚ蔷毖盖；‰直空计校准（，）：ｌＯ、真空计枝准（一）；１１洲城室也螈开芙：１４、真空泵ｌＵ源开关．１５真空泵１Ｂ、删簟室电流表，１７、计蒯３实验结果与数据分析３１数据测量气体样品为干燥的空气

5、，在１３３３～１３３３３帕（１～１０乇）范围内测出不同气压Ｐ时．钨丝两端的电压Ｕｐ及电流Ｉｐ所测四组数据分别记录到表Ｉ、表２、表３、表４中，并进行运算：第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集表ｌ：不同气压Ｐ下钨丝两端的电压及电流Ｐ（Ｔｏ哪Ｕ（ｖ）ｌ（ｍＡ）Ｑ／（ｗ）Ｑ／／（ｗ）Ｑ（ｗ）ｐ－ｉ（１／Ｔｏｒｔ）Ｏ。１（１／ｗ）１．Ｏ９．０７９０．９０．８２５０．６３２０．７５８１．０００１．３２０１．５１０．０３１００．４１．００７Ｏ．８１３０．９７６０．６６７１．０２４０．９６４１．１５７０．５０００．８６４。２．０ｌＯ．７５１０７．７１．１５８２．５１１．２９１１３．２

6、１．２７９１．０８６１．３０３０．４０００．７６７３．Ｏ１１．７３１１７．６１．３７９１．１８６１．４２３０．３３３０．７０３３．５１２．０７１２１．Ｏ１．４６０１．２６７１．５２００．２８６０．６５８４．０１２．３６１２３．９１．５３１１．３３８１．６０５０．２５００．６２３４??１２．６０１２６．３１．５９２１．３９８１．６７８０．２２２０．５９６５．０１２．８０１２８．３１．６４３１．４４９１．７３９０．２０００．５７５５．５１２．９８１３０．Ｏ１．６８８１．４９４Ｉ．７９３Ｏ．１８２０．５５８６．Ｏ１３．１３１３１．６１．７２８１．５３４１．８４ｌＯ．１６７０．５

7、４３６．５１３．２７１３２．９１．７６４１．５７０１．８８４０．１５４０．５３ｌ７．０１３．３８１３４．２１．７９６１．６０３１．９２３０．１４３０．５２０７．５１３．５０１３５．３１．８２６１．６３３１．９５９Ｏ．１３３Ｏ．５１０８．Ｏ１３．５９１３６．２１．８５ｌ１．６５８１．９８９０．１２５０．５０３８．５１３．６８１３７．Ｏ１．８７４１．６８０２．０１６Ｏ．１１８０．４９６９．０１３．７６１３７．９１．８９７１．７０３２．０４４Ｏ．１ｌｌ０．４８９９．５１３．８３１３８．６１．９１７１．７２３２．０６８０．