研究温度对硅橡胶热导率的影响

  研究温度对硅橡胶热导率的影响研究温度对硅橡胶热导率的影响 实验者: 同组实验者: 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，分别测定同意硅胶的热导率。同时对实验结果做多元化的分析，研究杜瓦瓶内放置一定的冰水混合物和杜瓦瓶内放置一定的自来水对硅橡胶热导率测定的影响。 关键词:硅橡胶热导率测定 冰水混合物 常温下自来水 引言:在对固体热导率做测量的同时，不能确保杜瓦瓶内从始至终保持冰水混合物状态，即改变了热电偶的冷端温度，在不能预知结果的前提下，不能确定出现这样一种情况时，实验结果是否会不正确或是增加实验误差。所...

  研究温度对硅橡胶热导率的影响 实验者: 同组实验者: 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，分别测定同意硅胶的热导率。同时对实验结果进行

  ，研究杜瓦瓶内放置一定的冰水混合物和杜瓦瓶内放置一定的自来水对硅橡胶热导率测定的影响。 关键词:硅橡胶热导率测定 冰水混合物 常温下自来水 引言:在对固体热导率进行测量的同时，不能保证杜瓦瓶内一直保持冰水混合物状态，即改变了热电偶的冷端温度，在不能预知结果的前提下，不能确定出现这样的一种情况时，实验结果是否会不正确或是增加实验误差。所以本实验对在改变冷端温度的情况下分别进行实验测定，观察分析测定结果发现杜瓦瓶中为冰水混合物时的结果更加精确。 一、实验原理:根据稳态法，即先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分部，然后做测量。根据傅里叶导热方程式可得: ?Q=λ??S?T1-T2 ?th 由上式可得，单位时间内通过待测样品C任一圆截面的热流量 ?Q为: ?t?QT-T=λ?12?πRc2 ?thc ?Q，考虑到物?t由于发热盘A和散热盘B都是良导体，两者的温度可代

  金属导体上那个下两个面的温度。当热传导达到稳定状态时，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在稳定温度时的散热速率来求出热流量 体的冷却速度与它的表面积成正比，故表达式(1)应修正为 ?T?Q=mbc.?t ?t λ=mBc?T=T2(πRB+2πRBhB)?2(2πRB+2πRBhB) 2此时，热导率的

  为: ?T ?tT=T2?h(RB+2hB)?c2 (2RB+2hB)(T1-T2)πRc 式中: mB——散热铜盘B的质量(kg) c ——铜的比热容(J/kg2K) ?T ?tT=T3——散热盘在Tb3温度下的散热速率(mv/s) RB——散热盘B的半径(mm) hB——散热盘B的厚度(mm) RC——硅胶C的半径(mm) h——硅胶厚度(mm) ——硅胶上端温度(mv) ——硅胶下端温度(mv) ——稳态时硅胶的温度(mv) 二、实验步骤 (1)接通电源，将加热器开关打到高热档，用实验器材测量待测硅胶C以及散热盘B的直径、质量和厚度。 (2)在杜瓦瓶中放入常温下的自来水，将热电偶与测量仪连接好。 (3)测量稳态时的T1,T2。打开电扇，将加温的上限温度设置为100?C，当I1的温度约为4mv时，降低加热电压。当达到稳态时， 每隔3分 钟记录T1和T2的值。 (4)移开圆A盘，取下金属导体C和树脂圆盘，使A盘的底面与B盘非间接接触，当B盘的温度上升到高于B盘在稳态下温度T2若干度(0.2mv左右)后，关掉加热器开关KA(电扇仍处于工作状态)，移去A盘，让B盘自然冷却，记录T2共约6,8次，每隔30秒一次。(在杜瓦瓶中放冰水混合物时步骤同上) (5)根据实验数据，按照相应的公式计算出金属导体的热导率。 三、实验数据记录 1(基本数据 铜的比热容c = 385.06J/(kg2K) 室温t = 22.0? 0.5 ?, (1)散热盘B 直径2RB = 129.90 ? 0.02 mm， 半径RB = 64.95 ? 0.01 mm， 厚度 hB= 7.70 ? 0.02 mm, 质量mB= 896.00 ? 0.10 g (2)硅胶盘C 直径2RC = 129.90 ? 0.02 mm， 半径RC = 64.95 ? 0.01 mm， 厚度 hC= 7.70 ? 0.02 mm。 2(实验数据记录: (杜瓦瓶内放置常温自来水时) 四、实验数据处理 冰水混合物: 1=3.07+3.07+3.06+3.06+3.06+3.06=3.06(mv) 5 1.59+1.59+1.59+1.59+1.58=1.59(mv) 52= ?T?Q=mbc.?t?t ?T?tT=T2T21.79-1.47==0.0023(mv/s) 180T=(πRB+2πRBhB)?2(2πRB+2πRBhB) (1) 2 ?QT-T=λ??S?12 (2) ?th 将(1)代入(2)得: λ=mBc?h(RB+2hB)?c 2 (2RB+2hB)(T1-T2)πRc (6.50+2?0.77)0.77=896?385.06?0.0023?? (2?6.50+2?0.77)(3.06-1.59)3.14?6.502?T?tT=T2? =0.173(w/mK) E=λ-λ00.173-0.165?100%=?100%=4.8% λ00.165 常温下自来水: 1=2.83+2.82+2.81+2.81+2.81=2.82(mv) 5 1.23+1.22+1.21+1.21+1.21+1.202==1.21(mv) 5 ?T1.43-1.11==0.0018(mv/s) ?tT=T2180 λ=mBc?h(RB+2hB)?c 2 (2RB+2hB)(T1-T2)πRc 6.50+2?0.770.77=896?385.06?0.0018?? (2?6.50+2?0.77) (2.82-1.21)3.14?6.502?T?tT=T2? =0.154(w/mK) E=λ-λ00.154-0.165?100%=?100%=-6.7% λ00.165 五、实验结果分析 (1)实验从下午到晚上共进行了4个半小时，实验时间比较久，虽然室内温度保持在22摄氏度左右，但中途由开窗等外因引起的环境和温度的变化会影响热导率测量的数据，可能会影响结果的准确性。 (2)实验过程中，虽然C盘在理论上比A,B盘小，但操作时，由于有取下C盘的操作，硅胶盘C与A,B盘之间有可能没有完全重合，那么硅胶盘就不能完全参与导热，实验就存在了操作误差。 (3)实验时，由于考虑不周，实验以在杜瓦瓶中放置冰水混合物开始，随后再做杜瓦瓶内放置常温自来水的实验。因此，除室外取得的自来水温度不高于室温外，放置过冰水混合物的杜瓦瓶使得自来水的温度显而易见地下降，虽然其温度依旧高于0?，但这使测出的数据与常温的有偏差，以致结果有误差。 (4)从观察结果以及公式可得，实验误差的来源主要是由T1,T2之差引起的，那么从实验数据及实验结果来看，杜瓦瓶内放冰水混合物的情况下测得的T1,T2要比放常温自来水的数值大，从而实验结果更精确。 (5)终上所述:杜瓦瓶内放冰水混合物比杜瓦瓶内放常温自来水测得的硅胶热导率更精确。 参考文献:竺江峰，芦立娟，鲁晓东. 大学物理实验[M]. 北京:中国科学技术出版社，2007

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