非良导体热导率的测量
实验二 非良导体热导率的测量
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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
加热圆盘C 待测材料B 散热铝盘A 热导率测量实验装置
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
=-λds dt dx
dT
为物体内的温度梯度。 dx
B
T 2
设样品B 为一圆平板，半径为R B ，厚度为h B ，维持上、下平面的温度T 1和T 2恒定不变（侧面近似绝热），则稳态时通过样品的传热速率
dQ B 2T 1-T 2
=πR B λ dt h B
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实验时，在稳定导热条件下（T 1、T 2恒定不变) ，待测样品B 盘的传热速率度T 2附近向周围环境的散热速率
由比热容的定义得
dQ A R +2h A dT A
=-m A c A A ⋅ dt 2(R A +h A ) dt
dQ B
与铝盘A 在稳定温dt
dQ A dQ dQ
近似相等，即A ≈B 。 dt dt dt
所以
λ=-
dT A
2
2πR B (T 1-T 2)(R A +h A ) dt
⋅
m A c A h B (R A +2h A )
T o
式中m A —A 盘的质量；c A —A 盘的比热，c A =0.904J /(go C) ，dT
R A —A 盘的半径，h A —A 盘的厚度。可见，只要测出A ，
dt
T T T 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P (t 2, T 2) 作切线，其斜率即为散热盘A 在T 2时的自然冷却速率:
dT A T a -T b
= dt t a -t b
a 2b
(min)
铝盘A 的冷却曲线
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h A 和直径2R A 、待测材料的厚度h B 和直径2R B ，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T 1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∆T A
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T 2时的自然冷却速率
在读取稳态时的T 1、T 2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 ，使其温度上升到比T 2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
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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 2约5℃。
5. 注意事项
① 待测平板上、下平面的温度T 1、T 2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5o C 或温度上升太慢，可适当增加设定温度(如5o C ) ，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！
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