北航物理实验研究性报告.doc

.:..北航物理实验研究性报告实验题目:稳态法测不良导体的热导率题目代号:1022第一作者:李晓成 14151093第二作者:陈继伟 14151077一、摘要由于温度不均匀,热量从温度高的地方向温度低的地方转移,这种现象叫做热传导。导热系数是表征物质热传导性质的物理量。按傅里叶定律,其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量;材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类:一类是稳态法,另一类是动态法。二、关键词稳态法傅里叶导热方程式热电偶温差计不良导体热导率三、;;﹒。四、实验原理所谓稳态法,就是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。1882年Fourier给出了热传导的基本公式——Fourier导热方程。方程指出,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h、温度分别为Ѳ1、Ѳ2的平行平面(Ѳ1>Ѳ2),若平面面积为S,则在δt时间内通过面积S的热量δQ满足下述方程: (1)式中,δQ/δt为热流强度,k称为该物质的热导率(又称导热系数),单位为.本实验装置如图1所示。在支架D上依次放上圆铜盘P、待测样品B和厚底紫铜圆盘A。在A的上方用红外灯L加热,使样品上、下表面分别维持在稳定的温度Ѳ1、Ѳ2,Ѳ1、Ѳ2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。数字式电压表F用来测量温差电动势。由式(1)知,单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为(2)式中,为圆盘样品的直径,为样品厚度。当传热达到稳定状态时,通过B盘上表面的热流量与由黄铜盘P向周围环境散热的速率相等。因此,通过求黄铜盘P在稳定温度Ѳ2时的散热速率来求热流量δQ/δt。因此,在读到稳定的Ѳ1、Ѳ2后,将B移去,使A直接与P接触。当P的温度上升到高于稳定时读数Ѳ2若干度后,再将A移开,让P自然冷却。测量其温度随时间的变化,求得,而(mP为黄铜盘P的质量,c为其比热容)就是黄铜盘在Ѳ2时的散热速率。但在观测样品稳态传热时,P盘上表面是被样品覆盖着的。所以稳态黄铜盘散热速率表达式修正如下: (3)将式(3)代入式(2),得: (4)五、实验仪器电子天平、数字三用表、冰、保温杯、停表、稳态法实验装置等。六、实验步骤1:用游标卡尺多次测量铜盘,样品的直径,厚度,用电子天平测铜盘的质量。2:在杜瓦瓶中装冰水混合物,按电路图连接电路。(注意:圆筒发热体A盘侧面和散热盘P的侧面,都有供安插热电偶的小孔,安放发热盘时此二小孔都应与杜瓦瓶在同一侧,以免路线错乱。热电偶插入小孔时,插到洞孔底部,保证接触良好。热电偶冷端插入浸于冰水中的细玻璃管内,玻璃管内也要灌入适当的硅油。)3:打开加热器开关,打开风扇,为缩短达到稳态的时间,可先将热板电源电压打在220V档,。然后每隔5分钟读一下温度,当10min内,样品圆盘上、下表面温度Ѳ1、Ѳ2示值都不变时,即可认为达到稳定状态,记录此时的Ѳ1、