非良导体热导率的测量

实验二非良导体热导率的测量

- 5 -

2

T B

1实验基本要求

1．了解热传导现象；

2．学习用稳态法测非良导体的导热系数； 3．学会用作图法求冷却速率。

2仪器简介

3.实验原理

当物体内部温度不均匀时，就有热量从高温向低温传递，用导热系数λ表示物体导热能力的强弱。本实验采用稳态平板法测量不良导体的导热系数。

设在dt 时间内通过面元ds 传递的热量为dQ ，则传热速率

dQ dT

ds dt dx

λ=- dT

dx

为物体内的温度梯度。

设样品B 为一圆平板，半径为B R ，厚度为B h ，维持上、下平面的温度1T 和2T 恒定不变（侧面近似绝热），则稳态时通过样品的传热速率

热导率测量实验装置

加热圆盘C 待测材料B 散热铝盘A

- 7 -

o

T (min)

2a T T T b

铝盘A 的冷却曲线

212B B B

dQ T T R dt h πλ-= 实验时，在稳定导热条件下（1T 、2T 恒定不变)，待测样品B 盘的传热速率B

dQ dt

与铝盘A 在稳定温度2T 附近向周围环境的散热速率

A dQ dt 近似相等，即A

B dQ dQ

dt dt

≈。 由比热容的定义得

22()A A A A

A A A A dQ R h dT m c dt R h dt +=-⋅

+ 所以

2

12(2)

2()()

A A

B A A A

B A A m c h R h dT dt R T T R h λπ+=-

⋅

-+ 式中A m —A 盘的质量；A c —A 盘的比热，o 0.904J /(g C)A c =，A R —A 盘的半径，A h —A 盘的厚度。可见，只要测出A dT

dt

，

利用上式就能算出导热系数λ。测出铝盘A 的冷却曲线(如图所示)，过曲线上点22(,)P t T 作切线，其斜率即为散热盘A 在2T 时的自然冷却速率:

a b

A a b

T T dT dt t t -=

- 4.实验内容

1．熟悉实验仪器

2．用游标卡尺测量散热铝盘A 的厚度A h 和直径2A R 、待测材料的厚度B h 和直径2B R ，用天平测出散热铝盘A 的质量。

3．建立稳恒态

（1）安装实验装置，连接电缆线，打开数字智能化热学综合实验仪的电源开关和加热开关。

将“温度指示选择转换开关”旋至“设定温度”档，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”旋钮，使数字表显示所需的温度值，如70o C ，加热C 盘，同时预热仪器。

（2）旋转“温度指示选择转换开关”至“加热盘温度”档，观察C 盘温度的变化，当C 盘温度接近所需温度(如68℃时)时，再将开关扳向“设定温度”，细调“设定温度细选”至设定温度。

（3）再将“温度指示选择转换开关”旋到“加热盘温度”档，待C 盘的温度升高并稳定在设定温度值附近的1T 值上。

（4）将“温度指示选择转换开关”指向“散热盘温度”档，观察散热盘A 的温度变化，若每五分钟温度的变化o 0.1C A T ∆<，则可认为达到稳恒态，记下此时C 和A 盘的温度1T 、2T 。

时间测量方法：按动“暂停、启动”钮一下，开始计时；再按动“暂停、启动”钮—下，即暂停计时；按动“复位”钮，即归零。

4．测A 盘在2T 时的自然冷却速率

在读取稳态时的

T、2T后，拿走样品B，让A盘直接与加热盘C的下表面接触，加热铝盘A，使其

1

温度上升到比

T高5℃左右，再移去加热盘C，关闭加热开关，“温度指示选择转换开关”置“散热盘温

2

度”档，让盘A通过表面直接向空气散热（自然冷却），每隔一分钟记录相应的温度值，直到盘A的温度低于

T约5℃。

2

5.注意事项

①待测平板上、下平面的温度

T、2T是用加热圆盘C的底部和散热铝盘A的温度来代表，必须保证

1

样品与圆盘C的底部和散热铝盘A的上表面密切接触。

②要根据实验时的具体情况，调整设定温度。一般设定温度在60℃到70℃之间。

③撤去样品盘后，若散热盘的温度上升不到o5C或温度上升太慢，可适当增加设定温度(如o5C)，但最好等到散热盘温度基本不变后，再移去加热盘。

④防止烫伤！