电导率的测定

1、电 导 率 的 测 定共十七页简介(jin ji) 热导率 ：描述物质(wzh)热传导性质的一个物理量。 在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。大体上分为稳态法和动态法。 本实验包括 两个内容：用稳态发测不良导体的热导率；用动态法测良导体的热导率。共十七页实验(shyn)目的和要求1.学习两种测量热导率的方法，了解稳态法和动态法测热导率的特点。2.熟悉基本热学(rxu)仪器的使用，认识热波、加强对波动理论的理解。3.了解用计算机实现实验系统控制和数据记录处理的特点。共十七页实验(shyn)原理热传导遵循(zn xn)的基本规律傅立叶定律： 传热速率Q/t 与该平面所在处的温度

2、梯度成正比，与平面面积S 成正比。热传导 共十七页二 稳态法测不良导体的热导率：原理(yunl)公式： 稳态：经一段时间后，如果在样品的传热方向各截面的传热速率Q/t相同，那么样品内部将形成一个稳定的温度(wnd)分布状态。稳态时样品上下温度将各自停留在某个温度。传热速率Q/t 和温度梯度（dT/dt）是一个确定的值。 关键是使样品内部形成稳定的传热状态。共十七页二 稳态法测不良导体的热导率： 稳态时样品内部形成稳定的温度分布，加热盘给样品加热多少热量(rling)，就有多少热量(rling)通过散热盘散出。 稳态时样品的传热速率 = 稳态时散热盘散热速率 注意：稳态时散热盘温度为TP ，且只

3、有下表面和侧面参与散热。共十七页测量(cling)散热盘的散热速率 达到稳态后，将样品取下，让加热盘 A 与散热盘P 直接接触，给散热盘加热。当散热盘P的温度(wnd)比高出10后，移走加热盘A。散热盘P向周围散热，在散热盘散热的过程中，每30秒记录一次散热盘温度，测得散热盘温度随时间变化的一组数据，利用该数据组绘制冷却曲线。散热盘P的冷却曲线图共十七页 所有面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却(lngqu)速率的关系为： 部分面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却(lngqu)速率的关系为：不良导体 B 的热导率为：共十七页三 动态(dngti)法测良导体的导热率 为了使问题简化，令热量沿

4、一维传播，故将样品制成棒状，周边隔热( r)，取一小段样品如图: 根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向面积A的热量，即热流为 Q= KAdT/dx 其中K为待测材料的热导率，dT/dx是温度对坐标x的梯度。共十七页 Q = -KAdT/dx 两边对坐标取微分有: d&= -KA（d2T/dx2）dx 根据能量守恒定律，任一时刻棒元的热平衡方程为： CAdx(dT/dt)=d&=-KA(d2T/dx2)dx 其中C,分别为材料的比热容与密度。 由此可得热流方程: （dT/dt）=D(d2T/dx2 ) 其中D=K/c,称为热扩散系数。该式得解将把各点得温度随时间得变化表示(biosh)

5、出来，具体形式取决与边界条件。共十七页若令热端的温度按时间间谐变化，即 T=To+Tmsint 令一端用冷水冷却，保持恒定低温To，则原式的解也就是棒中各点的温度为：其中To是直流成分，是线性成分的斜率，从本式中可以看出：）热端（x=0）出温度按间谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式(xngsh)在棒内想冷端传播，称为热波，也就是温度波。）热波波速：）热波波长：共十七页因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出D。然后由D=K/c计算出材料的热导率K。 即：V2=2（K/C） 则：K=V2c/4f= V2cT/4其中f,T分别为热端温度按间谐变化的频率(pnl)和

6、周期 共十七页实验(shyn)步骤一、稳态法测不良导体热导率 1调整仪器装置； 2控制实验条件以使样品尽快达到稳态， 记录(jl)此时加热盘和散热盘温度； 3测量散热盘的散热过程，记录散热盘温度 随时间变化的一组数据。共十七页二、动态法测良导体热导率实验步骤（）打开自来水源，调节流量（250ml/min)。（）打开电脑，启动“热导率动态测量”程序。（）打开电源开关、主机(zhj)进入工作状态。（）打开热水，调节流量（250ml/min)。（）在程序中，在仪器操作面版上，选择“程控”工作模式 。设置脉动热源周期为180秒。选择铜或铝样品进行测量。共十七页二、动态(dngti)法测良导体热导率（）

7、设置X，Y轴的单位坐标，X方向为时间，单位为秒；Y方向代表信号强度，单位为毫伏（与温度相对(xingdu)应）。（）在“选择测量点”栏中选择8个测量点。（）按“操作”栏的“测量”键，仪器开始测量工作，在显示屏上渐渐划出T-t 曲线簇。上述步骤进行至少40-60分钟系统稳定后，样品内温度也已经动态稳定，按“暂停”键，记录数据（）按顺序先关闭主机，再关闭电脑。（防止无水加热而毁机）共十七页数据处理1、用稳态法的实验数据，计算不良导体的热导率；2、用一元线性回归方法(fngf)处理动态法实验数据，求得热波的传播速度并进而求出热导率，并估计不确定度。共十七页内容摘要电 导 率 的 测 定。在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。大体上分为稳态法和动态法。2.熟悉基本热学仪器的使用，认识热波、加强对波动理论的理解。其中K为待测材料的热导率，dT/dx是温度(wnd)对坐标x的梯度。该式得解将把各点得温度(wnd)随时间得变化表示出来，具体形式取决与边界条件。因此在热