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固体热导率的研究实验者:同组者:指导老师;竺江峰摘要:采用稳态法测量固体热导率时,分别在杜瓦瓶内放置自来水和冰水混合物的情况下,分别测定同一硅胶的热导率。同时对实验结果进行分析,分析者两种情况下对硅胶热导率的测定的影响。关键词:硅胶热导系数的测定冰水混合物杜瓦瓶YB-2型热导率测定仪稳态法原理:根据傅立叶方程式,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1和T2(设T1T2)的平行平面,若平面面积均为ΔS,则在Δt时间内通过平面面积ΔS的热量ΔQ满足表达式:(a)式中k即为该物质的热导率,为样品的半径,hc为样品的厚度。当热传导率打到稳定状态时,T1和T2的值不变,于是通过样品盘C上表面的热流量与由散热铜盘B向周围环境散热的速率相等,因此,可通过铜盘B在稳定温度T2时的散热速率来求出热流量ΔQ/Δt。铜盘B在T2的冷却速率,而稳态时铜盘B散热速率,但要注意:这样求出的是紫铜盘表面全部暴露于空气中的冷却速率,其散热表面速率为(其中与分别为紫铜盘B的半径与厚度).然而,在观察测试样品C的稳态传热是B盘的上表面(面积为)是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速度与他的表面积成正比,则稳态时铜盘B散热速率的表达式做如下修正:(b)将(b)式代入(a)式,得(c)实验主要仪器及用具:YB-2型固体导热系数测定仪、游标卡尺、硅油、冰水等。实验基本步骤及数据:实验前测得的室温t=14.00.5;铜的比热容散热盘B的直径为2RB=130.30±0.02mm,即半径RB=65.15±0.01mm厚度为hB=12.33±0.02mm,质量mB=890.40±0.10g硅胶盘的直径为2RC=129.22±0.02mm,即半径为RC=64.61±0.01mm厚度hC=8.00±0.02mm数据记录cR(1)稳态时T1、T2的数据(每隔3分钟记录i12345平均保温瓶中加自来水T1(mv)4.054.054.054.054.054.05T2(mv)2.782.772.792.792.792.78保温瓶中加冰水T1(mv)4.404.404.404.404.404.40T2(mv)2.932.952.962.962.962.95(2)散热速率T(s)0306090120150180△T/△tⅠT=T2自来水T2(mv)2.682.612.542.482.432.382.330.0019冰水混合物T2(mv)3.23.133.073.012.962.912.860.0019图表标题y=-0.0019x+2.6664R2=0.99352.32.352.42.452.52.552.62.652.7050100150200T(s)T2(mv)室温自来水线性(室温自来水)图表标题y=-0.0019x+3.1882R2=0.99582.82.852.92.9533.053.13.153.23.25050100150200T(s)T2(mv)冰水混合物线性(冰水混合物)3、数据处理:(1)杜瓦瓶内放自来水时14.05+4.05+4.05+4.05+4.05=4.05(mv)5T由作图得=0.0019,并且把实验数据代入公式(c)可得:221222122CBBBCBBBCRRhRhTmctRhTTR==0.181w/(m.k)(2)杜瓦瓶内放冰水混合物时221222122CBBBCBBBCRRhRhTmctRhTTR=0.159w/(m.k)(硅橡胶的热导系数由于材料的特性不同,范围为0.072~0.165W/m*k,本次实验选取硅胶的理论参考值为0.165W/m*k)0100.1610.165100%100%2.4%0.165E=10%0200.1540.165100%100%6.7%0.165E=―3.6%注意事项1.事先应在硅胶片上涂摸硅油使在加热时能受热均匀,减少实验误差。2.放置电偶的散热圆盘侧面的小孔应与杜瓦瓶同一侧,避免热线电偶相互交叉。3.实验中,抽出被测样品室,应先旋松加热圆盘侧面的静定螺钉,样品取出后,小心将加热圆盘降下,使发热盘和散热盘接触,应反之高温烫伤。实验结果及分析:定性分析1.实验时应事先在硅胶片上涂摸硅油使加热时能受热均匀,减少实验误差,并且把C完全放入AB盘之间让C盘的上下两个表面完全用于导热。2.给定的硅胶热导率系数是在12与实际的温度存14存在一定差别,使结果存在误差,导致最后的百分差偏大。22.78+2.77+2.79+2.79+2.79=2.78(mv)5T22.93+2.95+2.96+2.96+2.96=2.95(mv)5T14.40+4.40+4.40+4.40+4.40=4.40(mv)5T3.给定的值本身就小而且精确度较小,所以最后算出的百分差偏大或偏小,误差较大。4.因为本次实验的持续时间较长,最后冰水融化,对实验结果产生一定的影响。5.做实验时应先做自来水实验,再做冰水实验,因为冰水使杜瓦瓶变冷,做自来水实验会产生影响。定量分析通过分析自来水在杜瓦瓶中的实验结果和冰水在杜瓦瓶中测得的实验结果,可得在冰水中百分差较小,且在冰水中的T1和T2比在自来水中的T1和T2大,可见在冰水状态下mV变化较敏感,故可得结论为在冰水中测得的硅胶热导率较准确。室温自来水冰水混合物E10%―3.6%感谢竺老师在这次实验中对我们的帮助,本次实验中竺老师的悉心教导,传授经验以及各种对实验的深刻理解让我收获颇丰,也发现了自身的许多不足的地方。我会将在实验中学习到的东西发挥到更多的地方去,也将在今后的学习和工作中不断提高、完善自我。在今后的学习、工作中取得更大的收获,在将来毕业的时候能够成为一个对社会有更大贡献的人才。参考文献[1]竺江峰,芦立娟,鲁晓东.大学物理实验[M].中国科学技术出版社.2005.8[2]曹跃祖,赵英必。大学物理实验,北京印刷工业出版社1998。[3]丁慎训。大学物理实验(实验部分),中央广播电视大学出版社1995。[4]炉廷济,胡德敬等。大学物理实验。同济大学出版社2000。[5]丁慎训,张连芳主编.物理实验教程,清华大学出版社。2002.
本文标题:固体热导率的研究
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