[综合研究性试验报告]良导热体铜铝热导率的测量.docVIP

PAGE  1 PAGE 11 报告编号： 综合研究性试验报告 实验名称： 良导热体铜、铝热导率的测量 操 作 人： 海洋科学专业08级 01022008012 黄楚逸 实验日期： 2010年4月6日~4月13日 联系方式:  HYPERLINK mailto:huangchuyi50709@126.com huangchuyi50709@126.com 中 国 海 洋 大 学 二○一○年 实验名称良导热体铜、铝热导率的测量 实验目的 1..学会一种测量热导率的方法 2.了解动态法的特点和优越性 3.认识热波、加强对波动理论的理解  摘要 大多数学生对机械波、电磁波比较熟悉，而对热波接触很少，热波有着广泛的应用，掌握热波对我们未来从事这方面的发展、研究有着很重要的作用。本实验是通过测量铜、铝的热导率来拓宽学生对波动理论的认识。  关键词 微波，反射，单缝衍射，双缝干涉，偏振，迈克尔逊干涉，布拉格衍射  正文： （一）实验设备 本实验设备包括样品单元\控制单元\纪录单元,本实验使用程控工作方式,即用微机实现对整个系统的控制和数据处理. 1.主机由棒状样品(铜和铝)及热电偶列阵(传感器)和实现边界条件的脉冲热源及冷却装置组成. (1)棒状样品及热电偶列阵 为实现热量的一维传播,将被测材料制成棒状,并用绝热材料紧裹其表面,这样热量将只沿轴传播,并且在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度相同,于是只要测量轴线上各点温度分布,就可以确定整个棒提上的温度分布. 温度的测量采用热电偶列阵,热电偶偶端均匀插在棒内轴线处,两个相邻偶间距离均为2厘米,为保持棒尾的温度T0恒定,以防止整个棒温起伏,可以用冷却水冷却.温差电偶可单独测量,也可同时测量,将热电动势输入电脑,直接画出该点热电动势随时间变化的E-t曲线],它在某种意义下可以代表T-t曲线.因为热电动势与温度的关系虽然不是线性的,但其随时间变化规律是一样的.被测样品和测量点的状态显示于控制面板上. (2)脉冲热源及冷却装置 在样品棒的一端放上电热器,使电热器始终处于90秒钟开,90秒钟关的周期为T=180秒的交替加热的状态,于是电热器便成了频率为T=180秒的脉动热源.脉动热源的开关由控制单元来控制,还有一周期为180秒的方波作为计算相位差的参考波,参考波也由控制单元直接输出到电脑中.由于存在热滞后,并不是加热器一停止加热,棒端温度立刻就冷下来的. 为增加曲线变化幅度,由电脑控制进水电磁阀使得在加热半周期时,热端停止供水;在停热半周期时,热端供水冷却. （二）实验原理 为使问题简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状，周边隔热．取一小段样品如图1．根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A的热量，即热流为 (1)_ 其中K为待测材料的热导率，A为截面积,是温度对坐标的梯度．将式(1)两边对坐标 取微分，有 据能量守恒定律，任一时刻棒元的热平衡方程为 (2) 其中C，分别为材料的比热容与密度，由此可得热流方程 (3) 其中，称为热扩散系数. (3)式的解能反映各点的温度随时间的变化关系，其具体形式取决于边界条件．若令热端的温度按简谐变化，即 (4) 另一端用冷水冷却，保持恒定低温，则式(3)的解，也就是棒中各点的温度为 (5) 其中是直流成分，是线性成分的斜率．从式(5)可知： 1)热端( =0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波,也是温度波。 2)热波波速为 : (6) 3)热波波长为 ： (7) 因此，在热端温度变化的角频率已知时，只要测出波速或波长就可以计算出D．然后再由计算出材料的热导率K ．由式(6)，可得 则 (8) 其中，、T分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是： ①如实现热量在样品中的一维传播；②如何实现热端温度按简谐形式变化的边界条件． （三）实验步骤： 1 打开自来水源，从出水口观察