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1、预习操作记录实验报告总评成绩大学物理实验（II）课程实验数据记录学院：物理学院专业：光电信息科学与工程 年级：15实验人姓名（学号）：李法翰（）日期：2016年12月20日 星期二上午下午V 晚上室温：24 r相对湿度：46%实验B2不良导体热传导率的测量（准稳态法）【实验目的】（1）了解准稳态法测量导热系数和比热的原理.（2）学习热电偶测量温度的原理和使用方法.（3）用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热.原理概述热传导是热传递三种基本方式之一。导热系数定义为单位温度梯度下每单位时间 内由单位面积传递的热量，单位为 W / （m? K）。它表征物体导热能力的大小。比热是单位质量物质的热容量。
2、单位质量的某种物质，在温度升高（或降低） 1度 时所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的比热 ，单位为J/ （ kg K）。测量导热系数和比热通常都用稳态法，使用稳态法要求温度和热流量均要稳定，但 在实际操作中要实现这样的条件比较困难，因而会导致测量的重复性、稳定性、一致性 较差，误差也较大。为了克服稳态法测量的这些弊端，本实验使用了一种新的测量方法 准稳态法，使用准稳态法只要求温差恒定和温升速率恒定，而不必通过长时间的加 热达到稳态，就可以通过简单的计算得到导热系数和比热。1. 准稳态法测量原理考虑如图1所示的一维无限大导热模型：一无限大不良导体平板厚度为2 R,初始温 度为t。，现在平板两
3、侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度qc,则平板各处的温度t（x,）将随加热时间而变化。以试样中心为坐标原点，上述模型的数学描述可表达如下:r。心,r)。心,r)|; -drdx2*dt(R.v)仇d/(0.r)_oAdx置q q J(1)* n 丄R*式中a 入p c，入为材料的导热系数，p为材料ffll理想中的无限大不良导佛平板，的密度，c为材料的比热可以给出此方程的解为:r(A r) = 口2RR 2R (-l)p+1+ 7 丄: UQ 号-V 亠 6 肘m 矿R考察t（x,T ）的解析式（2）可以看到，随加热时间的增加，样品各处的温度将发生 变化，而且我们注意到式中的级数求和项由于指数
4、衰减的原因，会随加热时间的增加而 逐渐变小，直至所占份额可以忽略不计。定量分析表明，当晋沁 以后，上述级数求和项可以忽略。这时式（2）可简写成:这时，在试件中心处有x 0,因而有：在试件加热面处有x R,因而有：由式（4）和（5）可见，当加热时间满足条件.时在试件中心面和加热面处温度和加热时间成线性关系，温升速率都为：此值是一个和材料导热性能和实验条件有关的常数，此时加热面和中心面间的温度差为：由式（6）可以看出，此时加热面和中心面间的温度差t和加热时间 没有直接关系，保持恒定。系统各处的温度和时间呈线性关系，温升速率也相同，我们称此种状态为准稳 态0当系统达到准稳态时，由式（6）得到根据式（
5、7），只要测量进入准稳态后加热面和中心面间的温度差/ t,并由实验条件确 定相关参量qc和R，则可以得到待测材料的导热系数 入o另外在进入准稳态后，由比热的定义和能量守恒关系，可以得到下列关系式：比热为：式中川厂为准稳态条件下试件中心面的温升速率（进入准稳态后各点的温升速率是相同的）0由以上分析可得：只要在上述模型中测量出系统进入准稳态后加热面和中心面间的 温度差和中心面的温升速率，即可由式（7）和式（9）得到待测材料的导热系数和比热。2. 热电偶温度传感器：热热电偶结构简单，具有较高的测量准确度，测温范围为 501600C，在温度测 量中应用极为广泛。由A、B两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成一个闭 合回路，如图2 （a）所示。当两接点温度不等（TTo）时，回路中就会产生电动势，从 而形成电流，这一现象称为热电效应，回路中产生的电动势称为热电势。TV (a) 0.5 的条 件，高阶项的变化可以忽略，而这些条件可以通过实验得到满足；判断方法，在加热时间内，温差的值先发生变化，一段时间后，温差值趋于稳定在某一特定值，当温差值稳定时即可判断达到稳定 导热状态。
B2不良导体热传导率的测量准稳态法试验报告
