文档介绍:该【热波法测铜和铝热导率的实验报告 】是由【PIKAQIU】上传分享,文档一共【6】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【热波法测铜和铝热导率的实验报告 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..近代物理实验报告指导教师:得分:实验时间:年月日,第周,周,第节实验者:班级学号姓名同组者:班级学号姓名实验地点:实验条件:室内温度℃,相对湿度%,室内气压实验题目:热波法测热导率实验仪器:(注明规格和型号)本实验使用RB-1型热导率动态测量仪,包括主机、控制单元、记录单元三大部分。:棒状样品及热电偶阵列,脉动热源,:,加强对波动理论的认识实验原理简述:,假设样品为棒状,热量沿一维传播;在棒上取微元x→x+dx,,单位时间内流过某垂直于热流方向,面积为A的热量,即热流为:?q?T??KA??t?x其中q为热流,表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热量;K为热导率,表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时,单位面积上通过的热量;而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为:?2T?T?q?KA??dx??t,而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为:?q'?c??Adx???t?x2?t在无外界条件变化的情况下,以上两式应当相等,联立以上两式,可以得到::..?T?2T?T?2Tc??K?,并可以由此推知热流方程:?D??0?t?x2?t?x2其中D=K/cρ为热扩散率。该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化,:T=T0+Tm*sinωt,而另一端无反射并且保持恒定温度T0,则可??以得到原微分方程的解为T?T??x?T?exp(??x)?sin(?t?x)0m2D2D2D并且由上式可以得到热波的波长??2?,热波在棒中的传播速度为??2D??因而,在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下,只要测出热波的波速或波长,就可以计算出热扩散率D,进而计算出热导率K。,但是各点的振动之间存在相位差。可以用热波振动最大值在不同点之间传x?x递的时间差来测量波速,计算公式如下:??21t?t21而极大值的读取,则似乎用在时间轴上选取横跨最大值的两个t?t对称点,则极大值处的横坐标为t?。当脉动热源加热到一定程度后,样品棒的热端就会出现稳定而较大幅度的温度脉动变化。根据Fourier分解,此时棒内温度的波动是由ω倍频的多次谐波粗证。而这些谐波向冷端传播时,高次谐波会在传播一定距离后衰减至零,而留下符合正弦性质的波动,因此,如果将热端的边界取在离加热端10cm以上的位置,则可以得到热端温度简谐振动的条件。实验步骤简述:使用动态法(热波法)测量Cu和Al的热导率。,通冷却水(教师完成),按下工作方式开关,选择“程控”“热导率动态测量”“Cu”(或240s),对于Cu样品可选择的测量点为1~12:..“操作”栏的“测量”选项,仪器开始测量工作,在屏幕上渐渐画出T-~60min,达到稳定后,样品内温度也已经达到动态稳定,按“暂停”,则曲线簇不再变化,可以读取数据。读取数据时使用在极大峰左右选择对称值然后计算平均值的方法。,测量Al的热导率,方法同上。(Al的测量点为1~8),关闭仪器(主机)电源,关闭计算机,然后统一关闭循环水开关。注意事项:。,需要远离其他物品,、,一定要先测Cu样品,,首先关闭主机电源,停止给样品加热。:..原始数据、数据处理及误差计算::表格中的数据已经完成了峰值转换,tm即为峰值出现时对应的时间Cu样品n123456t1/.........09t2/.(含时间差Δt与距离差Δx),以第一个点位参考点Cu样品N123456Δt/...../:..,计算Cu、Al样品中热波的传导速度(使用最小二乘法)采用EXCEI求出线性回归方程:Cu2520y=+=(Cu)50020406080AL1614y=-=(AL)4200204060如图可知,斜率即为V首先对Cu样品进行计算:V=????180Cu的热导率K????KCu4?4?再计算Al样品:v=????180Al的热导率K????KAl4?4?思考题,实验感想,疑问与建议:,即瞬时T-x曲线?粗略地建立样品棒上瞬时的热波状态,可以用同一时刻各个传感器上读取的温度(电压)值,继而:..组成T-x曲线来表示。根据实验中的观察,同一时刻各点的温度处于由近到远递减的趋势。表达为T-x曲线,基本可如下所示:,继而通过波长来计算热导率?2D已知热波的波长??2?,热波在棒中的传播速度为??2D???2?2那么就可以获得波长与波速之间的转换关系:v2?这样便能够通过实验数据转换而获得波?2,8?2?2c?T长,进而获得以波长为自变量的热导率K计算公式:K?32?-t曲线,越靠后方的传感器获得的曲线,其正弦特征越不明显而趋于平缓?由于实验中采用的是端头脉动式加热法,则输入样品中的热量是以简谐规律波动的。而却靠后的位置,离端头的热源就越远,则相对来说热量传到这里的时间要长,同时对热源波动的响应也慢。这两个因素重叠后,就会表现为该处的温度还尚未下降至最低点时,第二次脉动加热的峰已经传到这里,因而温度再次上升,总体表现上看来,测温度波动变得不明显而趋于平缓。:在实验的过程中,发现该实验的读数操作会较大地影响到最终结果的准确性。由于在读取温度曲线的峰值时,采用的是对称取点法,则在计算机上取点操作时可能发生这样的情况:取得第一个点(比如该点位于峰左侧曲线上,并且取点准确)后,在峰值右边取点是,没有将取值光标置于曲线上就从数据窗口读数。此时读到的数据,Y值是不变的,便无法单纯通过数据来判断是否在曲线上取得的数据,就可能导致最终结果出现误差。另外,对程序放大功能的误操作,也会导致取样点偏移原来正确的曲线峰而导致最终结果的误差出现。另外,该实验的设计思路上,避开了热导率定义中涉及的热量等不易测量的物理量,而通过测量热波的传导速度,再依靠导热方程的计算推导得到热导率,从而减少了实验过程的复杂程度,代替以数学计算,这样的思路在其他一些相关量不易测量的实验中值得借鉴。原始记录及图表粘贴处:(见附页)