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
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- 不良导体 热导率 测量