非良导体热导率实验

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dTA dt
称为在稳恒温度 T2 时的冷却速度。所以,只要测出 n ,
T T2
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非良导体热导率测定 就可得到 自 。 A 的冷却速度可通过作冷却曲线的方法求得。
n dTA dt
T T2
Ta Tb t a tb
(5)
于是有
自 cm
将上式代入(3)式即得
48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 系列1
由图可求得: n
T 1 T 6 45.76 42.78 0.009933 1 6 60s 1min 6 min
5. 查表得铝的比热容为 0.88 103 J.kg-1.K-1 2cml (d 4h) n S 0 (T2 T1 ) l d 2 (d 2h) T2 T1

S 0 (T2 T1 ) l

2cml (d 4h) n 即可计算出该薄圆板的热导率 。 的常用单位为 W/(m d 2 (d 2h) T2 T1
﹒K) 。
得分(
)四、[数据处理](25 分)
1.记下 C、A 的温度 T1 、 T2 。 T1 =53.29℃; T2 =44.76℃ 2. 在 A 自然冷却的情形下 t(min) 温 度 (℃) 0 46.79
热从物体温度高的部分沿着物体传到温度较低的部分,称为传导,它是由物体直接接触而产生的。热导率 是反映物体热传导性能的一个物理量,热导率大的物体具有良好 的导热性能,称为热 φ 的良导体;热导率小则称为热的非良导体。本实验测定非良导体 的热导率。 T1 T1 、T2 不相等,且 度 设有一厚度为 l ,底面积为 S 0 的薄圆板,上、下两底面的温 l T1 T2 ,则有热量自上底面传向下底面(见图 1) ,其热流速率可 表示为 T2 dQ dT 图 1 测量样品 S 0 (1) dt dl 式中 为待测薄圆板的热导率,它是由薄圆板的传热性质所决定的常数。 如果能保持上、下两底面的温度不变(这种状态称为稳恒态)和传热面均匀( l 很小,薄圆板的侧面的散热 dT T T2 T1 ,于是有 可以忽略) ,则 L dl l dQ T2 T1 (2) S 0 l dt 由上式即得到 (3) S 0 (T2 T1 ) l 所以,测量 的关键是:① 使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态;② 测出稳恒态时的 。 1.建立稳恒态 加热电流 首先,可由 EH - 3 数字化热学实验仪将 C 内的电阻丝加热,并 温度传感器 将其温度稳定在设定的温度值上。有热量通 过 B 传递给 A,使 A 的 C 温度 T A 逐渐升高。 当 T A 高于周围空气的温度 时,A 将向四周空气中 B 散发热量。由于 C 的温度恒定,随着 A 的温 度升高,一方面从 C 通 A 过 B 流向 A 的热流速率不断减小,另一方面 A 向周围空气中散热的 速率则不断增加。当单位时间内 A 从 B 获得 的热量等于它向周围空 图 2 测量装置 气中散发的热量时, A 的温度就稳定不变了。 这样就建立了所需要的 稳恒态。 2.测量稳恒态时的 可以通过测 A 在稳恒态时散热的热流速率来测 。 当 A 单独存在时, 它在稳恒温度下向周围空气中散热的速 率为 dQ d (cmTA ) dT (4) 自 cm A cmn dt dt dt T T2 T T2 在式(4)中, c 为 A 的比热, m 为 A 的质量, n
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
45.91
45.25
44.59
44.07
43.50
43.06
42.69
42.42
42.14
41.87
3.用游标卡尺测出待测薄圆片 B 的厚度
l =(5.22+5.28+5.26+5.28+5.16)/5=5.24mm=5.24×10-3m
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非良导体热导率测定 铝圆柱 A 的高度 h =(12.14+11.94+12.06+12.06+12.08)/5=12.06m;92.28+92.40+92.36+92.38)/5=92.34mm=92.34×10 m
-3
用电子秤称出 A 的质量 m =250.7g 4. 在坐标纸上作 A 的冷却曲线,过稳恒温度 T2 作此曲线的切线,求出切线的斜率即为 n
非良导体热导率测定 总分( )评卷人( )
大学物理实验考试试卷参考答案
姓 名: 学 号: 院队别: 完成日期: 实验组别: 时 间: 120 分钟 总 分: 100 分
题目:非良导体热导率测定 仪器:实验室现场提供 要求:根据提供的仪器,测量非良导体热导率,提交实验报告
得分( )一、[实验原理](15 分)
Ta Tb t a tb
(6)


S 0 (T2 T1 ) l

2cml (d 4h) n d 2 (d 2h) T2 T1
(7)
得分(
)二、[实验内容](10 分)
1. 建立稳恒态,记录稳恒时的温度 T1 、 T2 。 2. 在 A 自然冷却的情形下, 记录温度的变化,在坐标纸上作 A 的冷却曲线,过稳恒温度 T2 作此曲线的切线, 求出切线的斜率即为 n 。 3. 用游标卡尺测出圆板及圆柱的几何尺寸,称出 A 的质量 m 。 4. 由原理公式计算出该薄圆板的热导率 。 得分( )三、[关键步骤](25 分)
3 3 3 3 3 0.009933 = 2 0.88 10 250.7 10 5.24 10 92.34 10 4 12.06 10 2 3 3 3 44.76 53.29 3.14 92.34 10 92.34 10 2 12.06 10
1.建立稳恒态。由于稳恒态的建立与过程无关,为缩短实验时间,在接通电源对 C 加热时可先将待测薄圆 板移开,将 C 与 A 接触,直接通过 C 将 A 加热到它的稳恒温度点附近,然后将 B 插入,耐心等待若干分钟(此 值也由实验室给出)后,注意观察 T A 的变化,若 T A 每 5 分钟的变化 T A 0.1C ,即认为已达到稳恒态,记下 C、 A 的温度 T1 、 T2 。 ,记录数 2.在 A 自然冷却的情形下,测量它的温度随时间的变化(具体做法见原理介绍中有关测 自 的内容) 据从 T2 T0 ( C) 开始,直到 T2 T0 ( C) (实验室给出 T0 在 2~3 C )止,每分钟记录一个数据。在坐标纸上作 A 的冷却曲线,过稳恒温度 T2 作此曲线的切线,求出切线的斜率即为 n 。 3.用游标卡尺测出待测薄圆片 B 的厚度 l ,铝圆柱 A 的高度 h 和直径 d 。用天平或电子秤称出 A 的质量 m 。 l 、 h 与 d 用米作单位, m 用千克作单位。 4.由公式





= 1.214 10 1 J.s-1.m-1.K-1
得分(
)五、[误差分析](15 分)
1、样品侧向散热 2、样品与铝块间的间隙 3、环境温度起伏的影响 4、实验设备与理论模型之间的差异
实验操作(5 分) 报告整洁(5 分)
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