不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)

關(guān)于不良導(dǎo)體的導(dǎo)熱系數(shù)第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)儀器】【實(shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容】【數(shù)據(jù)處理】【注意事項(xiàng)】【思考題】第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法——穩(wěn)態(tài)平衡法。2、測定不良導(dǎo)體（橡皮板）的導(dǎo)熱系數(shù)。3、學(xué)習(xí)用熱電偶進(jìn)行溫度測量。重點(diǎn)難點(diǎn)：1．穩(wěn)態(tài)法的理解；2．導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的正確使用。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【實(shí)驗(yàn)儀器】不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀溫度計(jì)（0~100℃，精確到0.1℃）銅-康銅熱電偶天平、砝碼秒表第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀數(shù)字電壓表銅-康銅熱電偶第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六圖3 熱電偶第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【實(shí)驗(yàn)原理】根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱方程式，在物體內(nèi)部，取兩個(gè)垂直與熱傳導(dǎo)方向、彼此間相距為L、溫度分別為T1、T2的平行平面(設(shè)T1>T2)，若平面面積均為S，在t時(shí)間內(nèi)通過面積S的熱量Q滿足下述表達(dá)式： （1）式中為熱流量，即為該物的熱導(dǎo)率（又稱作導(dǎo)熱系數(shù)），在數(shù)值上等于相距單位長度的兩平面的溫度相差1個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量，其單位是。第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六知道單位時(shí)間內(nèi)通過待測樣品B任一圓截面的熱流（2）T1、T2

為B盤上、下表面的溫度，RB為樣品的半徑，h3為樣品的厚度，當(dāng)熱傳導(dǎo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，T1和T2的值不變，于是通過B盤上表面的熱流量與由銅盤P向周圍環(huán)境散熱的速率相等，因此，可通過銅盤P在穩(wěn)定溫度T2時(shí)的散熱速率來求出熱流量。第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六實(shí)驗(yàn)中，在讀得穩(wěn)定時(shí)的T1和T2后，即可將B盤移去，而使盤A的底面與銅盤P直接接觸。當(dāng)盤P的溫度上升到高于穩(wěn)定時(shí)的T值若干攝氏度后，再將圓盤A移開，讓銅盤P自然冷卻。觀察其溫度T隨時(shí)間t變化情況，然后由此求出銅盤在T2的冷卻速率（m為紫銅盤P的質(zhì)量，C為銅材的比熱容），就是紫銅盤P在溫度為T2時(shí)的散熱速率。第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六但要注意，這樣求出是紫銅盤的全部表面暴露于空氣中的冷卻速率，其散熱表面積為（其中RP與hP分別為紫銅盤的半徑與厚度）。然而，在觀察測試樣品的穩(wěn)態(tài)傳熱時(shí)，P盤的上表面（面積為）是被樣品覆蓋著的。考慮到物體的冷卻速率與它的表面積成正比，則穩(wěn)態(tài)時(shí)銅盤散熱速率的表達(dá)式應(yīng)作如下修正： （3）將式（3）代入式（2），得： （4）第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容】在測量導(dǎo)熱系數(shù)前應(yīng)先對散熱盤P和等測樣品的直徑、厚度進(jìn)行測量。1．用游標(biāo)卡尺測量待測樣品直徑和厚度，各測5次。2．用游標(biāo)卡尺測量散熱盤P的直徑和厚度，測5次，按平均值計(jì)算P盤的質(zhì)量。也可直接用天平稱出P盤的質(zhì)量。第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六一、不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測量1．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將待測樣品（例如硅橡膠圓片）放在散熱盤P上面，然后發(fā)熱盤A放在樣品盤B上方，并用固定螺母固定在機(jī)架上，再調(diào)節(jié)三個(gè)螺旋頭，使樣品盤的上下兩個(gè)表面與發(fā)熱盤和散熱盤緊密接觸。2．在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。將熱電偶的熱端（紅色）分別插入加熱盤A和散熱盤P側(cè)面的小孔中，并分別將其插入加熱盤A和散熱盤P的熱電偶接線連接到儀器面板的傳感器I、II上。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六3．接通電源，將加熱選擇開關(guān)由“斷”打向“高”檔，當(dāng)打向“高”檔時(shí)，加溫速度最快。當(dāng)傳感器I的溫度讀數(shù)VT1為4.2mV，可將開關(guān)打向“低”檔，降低加熱電壓。4．待傳感器I、II的讀數(shù)不再上升（約需40分鐘）時(shí)，說明已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，每隔5分鐘記錄VT1和VT2的值。5測量散熱盤在穩(wěn)態(tài)值T2附近的散熱速率（）。移開銅盤A，取下橡膠盤，并使銅盤A的底面與銅盤P直接接觸，當(dāng)P盤的溫度上升到高于穩(wěn)定態(tài)的VT2值若干度（0.2mV左右）后，再將銅盤A移開，讓銅盤P自然冷卻，每隔30秒（或自定）記錄此時(shí)的T2值。根據(jù)測量值計(jì)算出散熱速度。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六二、金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測量1．將圓柱體金屬鋁棒（廠家提供）置于發(fā)熱圓盤與散熱圓盤之間。2．當(dāng)發(fā)熱盤與散熱盤達(dá)到穩(wěn)定的溫度分布后，T1、T2值為金屬樣品上下兩個(gè)面的溫度此時(shí)散熱盤P的溫度為T3。因此測量P盤的冷卻速度為：由此得到導(dǎo)熱系數(shù)為測T3值時(shí)可在T1、T2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將插在發(fā)熱圓盤與散熱圓盤中的熱電偶取出，分別插入金屬圓柱體上的上下兩孔中進(jìn)行測量。第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【數(shù)據(jù)表格及數(shù)據(jù)處理】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（銅的比熱c=0.09097cal·g-1·C-1，比重8.9g/cm3）散熱盤P：質(zhì)量m=（g）半徑Rp=(cm)橡膠盤：半徑Rb=(cm)第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)態(tài)時(shí)T1、T2的值（轉(zhuǎn)換見附錄1的分度表）T1=T2=散熱速率第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【注意事項(xiàng)】(1)使用前將加熱銅板A與散熱銅板B擦干凈，樣品兩端面擦干凈后，可涂上少量硅油，以保證接觸良好。(2)實(shí)驗(yàn)過程中，如需觸及電熱板，應(yīng)先關(guān)閉電源，以免燙傷。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)切斷電源，妥為放置測量樣品，不要使樣品兩端面劃傷而影響實(shí)驗(yàn)的正確性。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六【思考題】(1)散熱盤下方的軸流式風(fēng)機(jī)起什么作用？若它不工作時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行？(2)