稳态法测不良导体的热导率实验改进方法

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1、稳态法测不良导体的热导率实验改进方法第一作者：陈思远，第二作者：贺忠良，第三作者：李卓城摘要：本文是在陈思远与贺忠良在实验室反复进行稳态法测不良导体的热导率实验（包括两次预约实验和两次正式操作实验）的基础上,经于磊老师的指导，课下的认真思考原理和相互探索讨论之后，在原有的实验基础上进行的改进实验。其具有实验效率高，实验误差小等多方面优点。关键词：稳态法；测不良导体；热导率；改进方法一，实验目的1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数2.学习用物体散热速率求传导速率的实验方法3.掌握热电偶的工作原理，学会用热电偶通过热电转换测量温度的

2、方法二，实验重点1.熟悉热学实验中的基本问题——量热和记温2.研究电热法中做功和传热的关系3.学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律和一元线性回归法4.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性5.熟悉热学实验中基本仪器的使用三实验原理（1）什么是稳态法所谓稳态法，就是设法利用热源在待测样品内部形成不随时间改变的稳定温度分布，然后进行测量。（2）什么是物质的热导率热导率，是指温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量，它反映了物质的热传导能力，又称导热系数。其单位为W/(m∙K)。（3）实验装置及

3、热导率的推出表达1882年，法国数学，物理学家傅里叶热传导的基本公式——傅里叶导热方程式：δQδt=kSθ1-θ2h（*1）本实验的装置如图所示。在支架D上先后放上圆铜盘P，待测试样B（圆盘状不良导体）和厚底紫铜圆盘A。在A的上方用红外灯L进行加热，使样品上下表面分别维持在稳定的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别用插入在A、P侧面深孔中的热电偶E来测量。E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H内的冰水混合物中。G为双刀双掷开关，用来换接上、下热电偶的测量回路。数字式电压表F用来测量温差电动势。由式*1可知，热流量为δQδt=kπdB24*θ1-θ2h

4、B（*2）其中，dB，hB分别为样品圆盘的直径和厚度。当样品达到稳态时，θ1、θ2的值不变，这时通过样品盘和圆铜盘的热量相等，并且都等于圆铜盘的散热量，因此可以通过求圆铜盘在此温度时向周围的散热速率来求出热量流。求散热速率：在测得θ1和θ2后，将样品盘移去（在此时注意烫伤），将圆铜盘加热到高于θ2后，移去加热圆盘A让圆铜盘自然冷却，测出温度随时间的变化情况（δθδt

5、θ1=θ2）就可以得到黄铜盘在此时的散热速率为：mPcδθδt

6、θ1=θ2（*3）其中mP为黄铜盘的质量，c为其比热容。但是，在此时散热面积为整个黄铜盘的面积，而在稳

7、态时的散热面仅为黄铜盘的四周和下底面，所以必须对其进行修正，修正后的公式为：δQδt=mPcδθδtπdPhP+πdP2/4πdPhP+πdP2/2（*4）最后，将*4带入*1中可得k=mPcδθδtdP+4hPdP+2hPhPθ1-θ22πdB2本次未改良前的实验装置（即平常同学在物理实验室做的实验）如照片所示从左往右实验仪器分别为：装的盒子，装有冰水混合物的杜瓦瓶，数字三用表，稳态法实验装置，铜板，充当不良导体的胶木板四，实验仪器量热器，电子天平，温度计，数字三用表，加热器皿，冰，水桶，秒表，干拭布，稳态法实验装置。五实验内容

8、1.根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就需要等较长时间，为提高效率，可将红外灯的电源电压升到220V，加热大约五分钟后再降到110V，每隔2到5min读一下温度示值。如果在10min内，样品上下表面示值都不变，即可认为已达到稳定状态，记录稳定时的后，移去样品再加热。当铜盘温度比高出10摄氏度左右时，移去圆筒A，让黄铜盘P自然冷却，每隔30s读一次盘的温度值，最后选取临近的测量值来求出冷却速率。2.安置圆筒圆盘时，注意使放置热电偶的插孔，与杜瓦瓶，数字毫伏表处于同侧。热电偶要插到底部。冷端要先插在玻管的硅油中，再将玻管插在冰水混

9、合物中。3.各几何尺寸均应多次测量求平均数，铜盘质量用电子天平称衡。4.实验选用铜-康铜热电偶测量温度。热电偶的测量原理是闭合回路中的热电动势。设=0摄氏度为冷端温度，变化范围不大时，温差电动势近似与温度成正比，比值为常数，故在计算时用电位差代替温差。六数据记录与处理1.原始数据110v加热至稳态时电压=33mv，=1.90mv黄铜盘自然冷却时温度（电压）随时间变化情况：时间/s0306090120150180240270330/mv2.222.142.072.001.931.871.811.701.651.61其他数据：=910

10、.85g（mm）129.00129.02129.00（mm）8.408.388.38（mm）（mm）128.908.26128.888.24128.868.24作图法求，在=1.90mV处作切线，取两点（30，2.11）（300，1.56）=0.1