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测不良导体导热系数中误差的研究

一、实验描述

稳态法测不良导体导热系数的实验是根据傅立叶传导方程 求出样品的导热系数。 把被测样品放在上下两个铜盘之间加热两个铜盘侧面各钻一个深孔分别插有两对热电偶的热端热电偶的冷端则浸入在保温瓶的冰水混合物中由于铜是热的良导体孔内热电偶测出的温度可分别代表与其紧密贴合的样品上下表面的温度。发热体直接将热量通过样品的上表面传入样品同时散热盘下面距约20cm的仪器底座上有一仪表风扇开启使盘稳定地向外界散热使传入样品的热量不断经样品的下表面散发出去。当传入样品的热量等于散出的热量时样品处于稳定的导热状态通过散热盘在稳定温度时散热速率求出热流量。

二、理论分析

侧面散热使样品从上到下通过的热量减少样品侧面散热使导热率测量值减小当样品的厚度越大时测量结果误差就越大1因此应适当减小样品厚度或在侧面包上绝缘胶带来减小误差。

三、操作分析

一)样品不能达到绝对稳态产生误差 样品达到稳态首先要求实验的环境温度保持不变不能有外界热源的干扰而实际的实验环境很难保证恒温。

二)样品上下接触面间的空气间隙产生误差 样品要放在加热盘和散热盘之间加热这样上下接触面处就会有空气隙而空气层将产生热阻会使导热率的测量值总是小于实际值所以在待测样品的上下表面滴上导热系数较大的油可以减小实验误差。

三)仪表风扇是否开启 对于冷却规律的相关研究2表明当发热体以对流方式为主传递热量时强迫对流和自然对流其热流量梯度是不一样的。加热前后是否开启仪表风扇要一致散热盘向外界传递的热流量速率是不一样实验是根据物体散热速率求传热速率由于两次操作的散热条件不一样引起散热速率不一样而无法准确测量其导热系数。由研究结果3可知 实验过程中开启仪表风扇所得结果误差较小。

四)热电偶冷端是否是零度 为了让热电偶的冷端要保持零度实验时把其浸入保温瓶的冰水混合物中这就要求混合物中的冰一定要做成较小的冰块并且整个实验过程中要确保冷端处在冰水混合物中。

四、数据处理分析

我们要通过绘制冷却曲线来求得冷却速率而手工作图会造成很大误差所以用Origin软件处理物理实验数据通过拟和做出曲线求出冷却速率可以减小误差。

五、总结

影响不良导体的导热系数测量精度的因素较多这里主要指出六点通过分析误差产生的原因提出了解决的办法提高了稳态法测不良导体导热系数的精度。