不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測量

1、不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率得測量實(shí)驗(yàn)簡介導(dǎo)熱系數(shù) （ 又叫熱導(dǎo)率 ）就是反映材料熱性能得重要物理量。 熱傳導(dǎo)就是熱交換得 三種（熱傳導(dǎo)、對流與輻射 ）基本形式之一 , 就是工程熱物理、材料科學(xué)、固體物 理及能源、 環(huán)保等各個(gè)研究領(lǐng)域得課題、 材料得導(dǎo)熱機(jī)理在很大程度上取決于它 得微觀結(jié)構(gòu) , 熱量得傳遞依靠原子、分子圍繞平衡位置得振動(dòng)以及自由電子得遷 移。在金屬中電子流起支配作用 , 在絕緣體與大部分半導(dǎo)體中則以晶格振動(dòng)起主 導(dǎo)作用。因此,某種材料得導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材料得物質(zhì)種類密切相關(guān) , 而且還 與材料得微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量相聯(lián)系。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程設(shè)計(jì)中 , 所用材料得導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)

2、得方法精確測定。 測固體材料熱導(dǎo)率得實(shí)驗(yàn)方 法一般分為穩(wěn)態(tài)法與動(dòng)態(tài)法兩類。實(shí)驗(yàn)原理dt時(shí)間內(nèi)通過dS面積得熱量dQ,正比于物體內(nèi)得溫度梯度,其比例系數(shù)就是導(dǎo)熱系數(shù) , 即:（1）式中為傳熱速率 , 就是與面積 dS 相垂直得方向上得溫度梯度 , “”號(hào)表示 熱量由高溫區(qū)向低溫區(qū)域，入就是導(dǎo)熱系數(shù)，表示物體導(dǎo)熱能力得大小、在SI中入 得單位就是W- m-1 K-1、對于各向異性材料,各個(gè)方向得導(dǎo)熱系數(shù)就是不同得（常 用張量來表示 ） 、1、 不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)得測量圖 1 就是不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置得原理圖。設(shè)樣品為一平板 , 則維持上 下平面有穩(wěn)定得Ti與T2（側(cè)面近似絕熱）,即穩(wěn)態(tài)時(shí)通過樣品

3、得傳熱速率為：（2）式中hB為樣品厚度，Sb R2b為樣品上表面得面積，（Ti T 2）為上、下平面 得溫度差，入為導(dǎo)熱系數(shù)。在實(shí)驗(yàn)中，要降低側(cè)面散熱得影響，就需要減小h。因?yàn)榇郎y平板上下平面得 溫度Ti與T2就是用傳熱圓筒A得底部與散熱銅盤C得溫度來代表，所以就必須 保證樣品與圓筒A得底部與銅盤C得上表面密切接觸。實(shí)驗(yàn)時(shí),在穩(wěn)定導(dǎo)熱得條件下（Ti與T2值恒定不變）,可以認(rèn)為通過待測樣品 盤B得傳熱速率與銅盤C向周圍環(huán)境散熱得速率相等。因此可以通過 C盤在穩(wěn) 定溫度T2附近得散熱速率，求出樣品得傳熱速率。在讀取穩(wěn)態(tài)時(shí)得T 1與T2之后,拿走樣品B,讓C盤直接與傳熱筒A底部得下 表面接觸，加熱銅

4、盤C,使C盤溫度上升到比T2高10C左右，再移去傳熱筒A , 讓銅盤C通過外表面直接向環(huán)境散熱(自然冷卻),每隔一段時(shí)間記下相應(yīng)得溫度 值,求出C盤在T 2附近得冷卻速率。對于銅盤C,在穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，其散熱得外表面積為，移去傳熱筒A后,C盤得散 熱外表面積為 , 考慮到物體得散熱速率與它得散熱面積成比例 , 所以有 :(3)式中R c與he分別為C盤得半徑與高度。根據(jù)熱容得定義 , 對溫度均勻得物體 , 有:(4)對應(yīng)銅盤C,就有、m銅與c銅分別就是C盤得質(zhì)量與比熱容，將此式代入式(3) 中 , 有:(5)比較式(5) 與(2), 便得出導(dǎo)熱系數(shù)得公式 :(6)m銅、hB、Re、he、RC、T1

5、與T2都可由實(shí)驗(yàn)測量出準(zhǔn)確值，本實(shí)驗(yàn)所用黃 銅盤比熱容為0、3709kJ/kg K,因此，只要求出，就可以求出導(dǎo)熱系數(shù)入、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)得主要內(nèi)容為測量橡膠盤得導(dǎo)熱系數(shù)。1. 觀察與認(rèn)識(shí)傳熱現(xiàn)象、過程及其規(guī)律。(1) 用游標(biāo)卡尺測量銅盤與橡膠盤得直徑及厚度 , 多次測量 , 并求出平均值、(2) 熟悉各儀表得使用方法 , 按圖 1連接好儀器、(3 )接通自耦調(diào)壓器電源，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓旋鈕，使紅外燈電壓逐漸升高，為縮短 達(dá)到穩(wěn)定態(tài)得時(shí)間，可先將紅外燈電壓升到200V左右，大約5 mi n之后,再降到1 10V左右，然后每隔一段時(shí)間讀一次溫度值，若1 0min內(nèi)Ti與T2得示值基本不變, 則可以認(rèn)為

6、達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。記下穩(wěn)態(tài)時(shí)得T1與T 2值。隨后移去橡膠盤E ,讓散熱 C盤與傳熱筒A得底部直接接觸，加熱C盤，使C盤得溫度比T 2高約1 or左右, 把調(diào)壓器調(diào)節(jié)到零電壓，斷開電源，移去傳熱筒A，讓C盤自然冷卻，每隔30 s記一 次溫度T值，選擇最接近T 2前后得各6個(gè)數(shù)據(jù)，填入表格中。2 .用逐差法求出銅盤C得冷卻速率,并由公式（6）求出樣品得導(dǎo)熱系數(shù) 入。3、繪出T-1關(guān)系圖，用作圖法求出冷卻速率。4、用方程回歸法進(jìn)行線性擬合，求解冷卻速率及其誤差，將結(jié)果代入式（6 ） 中,計(jì)算橡膠盤得導(dǎo)熱系數(shù)/、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)得主要儀器有：主儀器，自耦調(diào)壓器,數(shù)字電壓表，杜瓦瓶,游標(biāo)卡尺，電子秒表主儀器

7、：實(shí)際照片與程序中得顯示實(shí)際儀器仿真儀器操作提示：拖動(dòng)桌面上得橡膠盤可拖至主儀器得支架上。點(diǎn)擊紅外燈可調(diào)節(jié)紅外燈得高度,在調(diào)節(jié)前應(yīng)移除紅外燈上得連線。點(diǎn)擊保溫筒可調(diào)節(jié)保溫筒得位置，在調(diào)節(jié)前應(yīng)將紅外燈移至最大位置，并且同時(shí)移除加熱銅盤上得連線、點(diǎn)擊雙刀雙擲開關(guān)可改變開關(guān)得位置自耦調(diào)壓器：實(shí)際照片與程序中得顯示實(shí)際儀器仿真儀器操作提示：鼠標(biāo)左鍵或右鍵點(diǎn)擊調(diào)壓旋鈕，調(diào)節(jié)輸出電壓。數(shù)字電壓表:實(shí)際儀器仿真儀器操作提示:點(diǎn)擊電源開關(guān)可打開或關(guān)閉數(shù)字電壓表。點(diǎn)擊大視圖中得相關(guān)按鈕 ，可進(jìn)行 相應(yīng)得設(shè)置及調(diào)節(jié)（按下調(diào)零按鈕，可點(diǎn)擊調(diào)零旋鈕對其進(jìn)行調(diào)零；調(diào)零后即可選 擇合適得檔位進(jìn)行測量）!88:ei!8ikI 杜瓦瓶：實(shí)際照片與程序中得顯示實(shí)際儀器仿真儀器游標(biāo)卡尺：實(shí)際照片與程序中得顯示實(shí)物照片仿真儀器操作提示：可