测定气体导热系数

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测定气体导热系数

【实验目的】

1．掌握低真空系统的基本操作方法，学会正确使用数显式电子真空计。

2．掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。

3．学习应用“线性回归”和“外推法”对实验数据进行处理。

【实验原理】

1．“热线法”测量气体导热系数的原理

1) 稳定温度场的建立

由于T 1＞T 2，容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度，由于热传

导，钨丝温度下降，本实验用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为T 1。这样，每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T 1时所消耗

的电功率，从而维持测量室中温度梯度稳定。故通过测量钨丝消耗的电功率来算出单位时间内热传导的热量。

2)由付里叶定律推导气体导热系数

K 即气体导热系数。其中l = 19.5 cm , r 1 = 0.0095 mm, r 2 = 7.5 mm . T 2近似等于室温，关键在于Q 与T 1怎么测定。

钨丝，

T 2

2)Q与T1的测定

每秒钟通过气体圆柱面传输的热量Q等于钨丝所耗散的电功率，即

UI

W

Q=

=

对于一定长度为l的钨丝而言，其电阻值与温度的关系为：

1

)

(

273

R

R

R

T

α

-

+

=。

R

=37.2 Ω，是零度时的电阻值；R=U/I为实验测量。1

3

10

1.5-

-

⨯

=C

α

2．二项修正

1）热辐射以及联接钨丝两端的电极棒的传热损失的修正。

2）测量在低气压（133.3帕～1333帕）条件下进行，低气压气体导热系数K

低

与压强P下导热系数之间的关系：

中的K

低

和K可以用Q

低

和Q来代替

3．作图法外推求Q

以1／P为横坐标，1／Q

低

为纵坐

标作图，所得到的实验曲线将近

似为一直线，此直线在纵坐标上

的截距即为1／Q

【实验内容】

外推法求Q

1．熟悉实验装置，选择合适的热线温度

1）对照实验装置图熟悉气体导热系数测定仪的基本结构，特别注意三通Ⅰ和三通Ⅱ的旋转操作。

2）校准电子真空计。

3）调节热线的恒温温度T

1

(钨丝电阻值为90～100Ω左右)

2．测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率Ｗ

真空

1）预抽真空

2）测量W

真空

在真空度约0.1333帕（或10-3 乇）时测出热线两端的电压U

真空

及流过它的电流I

真空，通过计算得W

真空。

3．测量干燥空气的导热系数

在133.3～1333帕范围内测出不同气压P时，钨丝两端的电压Up及流经钨丝的电流Ip。把所有数据记录到表格中。

注意事项：

1. 为了避免真空泵回油，实验中或实验结束时，当真空泵停机时，都要使其通大气，即三通I转到1、3位置。

2. 如果不注意，把过多的气体放入系统内时，可以再用真空泵把系统内气压抽到实验的需要值再继续测量。

3. 如果系统长时间没有使用，或者系统漏气较多，系统不容易达到所要求的真空度，这时候要仔细检查系统各气路接口有否漏气的地方并予以排除，必要时还要拔下两个三通阀的阀芯，清洗后涂上新的真空脂，在排除系统内部吸附的气体后，系统就能达到所需的真空度。

【数据与结果】

1．数据记录表见讲义

2．数据处理：

1）外推法求Q。

2）求T

1(T

2

即室温)。

3）求T

1～T

2

之间的平均导热系数。

4）求T1～T2间平均导热系数的理论值，并与实验测得值对比求实验的相对误差。