闪光法测不良导体热导率

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1、韩博伦1200017630闪光法测热导率一、实验目的1.测量不良导体的热导率。2.了解一种测定材料热物性能参数的方法。3.了解热物性参数测量中的基本问题。4.学习正确使用高压脉冲光源和光路调节技术以及用计算机控制实验和采集、处理数据。二、实验仪器闪光法热导仪三、实验原理1.傅里叶导热定理和热导率热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程为使问题简化,假设样品为棒状,热量沿一维传播;在棒上取微元x→x+dx,如图中所示.根据Fourrier导热定律,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: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

2、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：，而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为：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：，并可以由此推知热流方程：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，解的具体形式还将取决于边界条件5韩博伦12000176301.闪光法闪光法是给一个四周绝热、厚度为L的薄圆片试样加一脉冲的电流加热热流，在另一方面测出的温度随时间的变化关系，确定热扩散率，从而计算出材料热导率的一种测量方法。原理图如右所示:假设有

3、一束能量为的脉冲光在时照射在试样表面，且并试样均匀吸收，可以认为在距离表面的微小距离内试样升温为并且，如果以上式为边界条件的话，得到在试样背面处温度可以表示为且当时，达到最大，有，若定义：，，则可以得到：作图如右所示：令，求得，对应的时间记为，可得热扩散率从而有热导率一、实验内容1.认识和调节测量系统5韩博伦1200017630a)识测量系统：先不动手，认真仔细观察测量系统的每个部分b)调节光学系统：实验室已组装好光路的光学系统。i.调节氙灯的三维微调架上有刻线，以便较快调节光学元件的共轴，使氙灯的电极中心位置在距反光镜底口约15mm处。ii.样品已被事先装入样品架内，调样品架位

4、置距反光镜大口距离约为96.6mm，则样品位置距反光镜大口106.6mm。iii.高压脉冲电源已由实验室接通氙灯阴、阳极。测量时先开启微机，开启电源开关，用面版上的多圈电位器将高压调到600V左右。按下“触发”钮，此时氙灯会打火并闪光。c)将测温二极管与补偿二极管用专用线接入放大电路。d)开启计算机，了解数据采集的过程：在桌面上找到“闪光法热导仪实验系统”点击两下，则进入程序。从主菜单中选“文件”，在“文件”菜单中选“新建”项，则当前屏幕的主窗口中新开一个子窗口，包括数据区和图像区。再选择主菜单中“数据”项中的“选项”，设置AD/DA卡参数，再选择“采集与报警”，确定后，再打开主

5、菜单中“数据”，点击“开始采集”项，则窗口中显示出实时采集的“温升-时间”图像。若在“采集与报警”中设置“外触发脉冲”为“5V”，高压脉冲电源将自动触发氙灯打火辐照样品，同时采集一幅“温升-时间”图像，这就是由样品背面采集的温升曲线。2.测量待测样品的温升曲线a)每隔10分钟测一次，共测2次，求出t12值。计算试样材料的热导率。用软件对曲线做散热修正，并从修正曲线上求出t12修正，计算试样材料的热导率λ。b)对同一样品在不加热的情况下取其“温度-时间”曲线，观察由于观景温度的波动、二极管本身的热噪声等因素对测量结果的影响，并给出评价。一、实验结果1.胶合板密度测量：类型数据m/g

6、40.7340.7340.7340.7340.7340.73x/cm9.9349.9389.9449.9449.9309.934y/cm9.9129.9149.9209.9109.9109.912z/mm3.0713.0563.0623.0803.0883.070ρ=mx∙y∙z=13.463kg/m3误差分析：σρ=∂ρ∂m×σm2+∂ρ∂x×σx2+∂ρ∂y×σy2+∂ρ∂z×σz2=0.001ρ=13.463±0.001kg/m35韩博伦12000176301.胶合板的热导率测量原始T0TMT1/2t1/2/s-0.5702-0.3541-0.46227.7655-0.61

7、51-0.3493-0.48227.6311修正T0修正TM修正T1/2修正t1/2修正/s-0.5717-0.3425-0.45717.8375-0.6136-0.3273-0.47057.8505λ=1.38ρcL2π2t12=0.20342.瓷砖密度测量：类型数据m/g214.56214.55214.55214.55214.55214.55x/cm10.04610.08010.07410.04010.03410.040y/cm10.08210.07410.07210.070