测定气体导热系数
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 , r1 = 0.0095 mm, r2 =
7.5 mm . T2近似等于室温，关键在于Q 与T 1怎么测定。
2) Q 与T 1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 Q =W =UI
对于一定长度为l 的钨丝而言，其电阻值与温度的关系为： T 1=273+(R -R 0) αR 0 。
R 0=37.2 Ω，是零度时的电阻值；R=U/I为实验测量。α=5. 1⨯10-3C -1
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】
1． 熟悉实验装置，选择合适的热线温度
外推法求
Q
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(T2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。
E =|K -K |
K ⨯10000