导热系数作为衡量物质热传导能力的重要物理参数,其数值反映了物质内部热量传递的快慢。在物理学和工程应用中,准确测定导热系数对于设计热交换系统、绝缘材料以及热工设备等都具有重要的意义。实验方法是确定材料导热系数的常用手段,尤其是在工程设计和研发过程中,往往需要根据实际材料的特性来测定其导热系数。
在“用平板稳态法测量不良导体的导热系数”的实验中,通过测量不良导体样品上下两端的温差,以及样品的几何尺寸,可以求得导热系数。实验中,利用了铜-康铜热电偶来测量温度变化,并通过数字毫伏表显示电动势测量值,即温差热电势。导热系数的计算公式涉及到样品的几何尺寸和质量、铜的比热容、铜板的尺寸等参数,这些参数或者为已知常量或者可以通过实验测量得到。
为了从实验中获得数据并进行分析,使用了导热系数测量仪、多量程数字毫伏表、铜-康铜热电偶等设备。其中,导热系数测量仪主要通过电热板加热,同时利用热电偶测温,并通过数字毫伏表显示电动势测量值,从而获得温度变化数据。
在数据处理方面,主要采用Excel软件对实验数据进行处理。具体的方法是将电动势与时间的关系输入Excel中,利用Excel的作图工具添加渐近线,并通过显示公式功能拟合出经验函数。通过拟合函数求得的导数可以反映散热速率,从而进一步计算出导热系数。在实验数据的分析中,拟合函数的选择是关键,指数函数和多项式函数是常用的两种拟合方法。通过比较拟合曲线的R值(相关系数)以及将t=0代入拟合公式后的结果与实验数据对比,可以判定拟合函数的适宜性。
在实验结果分析中,本研究发现多项式拟合相比指数函数拟合在本实验中更为适宜。而且,在所需求的精度范围内,使用二阶多项式拟合可以获得理想的效果,并且计算导数的工作量较小。研究还指出,并非实验数据点越多越好,重要的是靠近待求温度位置的数据点的准确性,这样可以避免由于偏离所需温度位置的测量结果导致拟合函数的偏差。
整体而言,本研究提供了一种在物理实验中处理不良导体导热系数数据的方法,并通过实验验证了多项式拟合在数据处理中的优越性。同时,本研究也强调了在实验数据处理时对于实验数据点选择的重要性,以及如何选择拟合函数进行有效计算的技巧。这些知识点对于从事相关物理实验研究和工程设计的专业人士来说,是宝贵的指导资源。