大学物理实验-测定气体导热系数.ppt

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1、测定气体导热系数大学物理实验教学中心 物理学为衡量物质传导热的性质设置了导热系数，导热系数代表该物质的导热性能。导热系数大的物质为热的良导体；导热系数小的物质为热的不良导体。气体即为热的不良导体。不同的气体导热性能相差悬殊，因此，在气相色谱分析中，气体导热系数这一热学性质常被用来鉴别不同的气体。“热线法”是测量气体导热系数的基本方法。为了减少气体对流传热的影响，实验测量在低气压下进行，然后通过线性外推求算实验结果。实验目的o掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和方法o掌握低真空系统的基本操作o学习应用“线性回归”和“外推法”进行实验数据处理仪器介绍（点击图片播放）福廷式水银气压计福廷式水银气

2、压计实验步骤（点击图片播放）实验原理o“热线法热线法”测定气体导热系数测定气体导热系数 样品中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度样品中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升，测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由上升，测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，故通过此法可测得材料的导热系数。于被测材料的导热性能决定这一关系，故通过此法可测得材料的导热系数。本实验将待测气体盛于测量室内本实验将待测气体盛于测量室内，用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度用热线恒温自动

3、控制系统来维持钨丝温度恒为，容器内壁的温度近似为室温。每秒钟气体热传导所耗散的热量就等恒为，容器内壁的温度近似为室温。每秒钟气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为于维持钨丝的温度恒为 时所消耗的电功率。不同气体的导热性能时所消耗的电功率。不同气体的导热性能(导热系数导热系数)不不同，故维持钨丝温度恒定所消耗的电功率也不同，因而可以通过测量钨丝消耗同，故维持钨丝温度恒定所消耗的电功率也不同，因而可以通过测量钨丝消耗的电功率来求算待测气体的导热系数：的电功率来求算待测气体的导热系数：（1）为为了了减减少少气气体体对对流流对对传传热热的的影影响响，测测量量应应在在低低气气压压条条件件下下进进

4、行行。此此时时下下述述公公式式成立：成立：综综上上所所述述，测测量量气气体体导导热热系系数数的的过过程程，实实际际上上就就是是测测量量不不同同低低气气压压(P)(P)情情况况下下相相应应的的 ，通通过过与与 作作图图求求出出截截距距，将将及及已已知知的的、代代入入(1)式式而求出气体在而求出气体在 之间的平均导热系数之间的平均导热系数K K。预抽真空预抽真空真空计零值校准真空计零值校准测量干燥空气的导热系数测量干燥空气的导热系数 实际测量时，一般以热丝耗散功率小于实际测量时，一般以热丝耗散功率小于O.20 O.20 作作为系统的真空对待。例如，在为系统的真空对待。例如，在 的设置值为的设置值为

5、 时，时，只要系统抽气到电压表显示值小于只要系统抽气到电压表显示值小于 时，则系统就基时，则系统就基本满足真空要求。本满足真空要求。实验的过程是测出不同气压值实验的过程是测出不同气压值 时，钨丝两端的电时，钨丝两端的电压压 及流经钨丝的电流及流经钨丝的电流 。乇的范围内，乇的范围内，均匀地（每间隔均匀地（每间隔O.5O.5乇左右）读取十几组数据并分别记乇左右）读取十几组数据并分别记录到表格内即可。录到表格内即可。实验内容1.1.系统校准和热线温度的设定系统校准和热线温度的设定2.2.测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率注意事项o为了减少气体对流对传热的影

6、响，测量应在为了减少气体对流对传热的影响，测量应在乇乇条件下进行。条件下进行。o如果系统长时间没有使用，或者系统漏气较多，系统不易达到所要求的如果系统长时间没有使用，或者系统漏气较多，系统不易达到所要求的真空度，应仔细检查系统各气路接口有否漏气并排除故障。真空度，应仔细检查系统各气路接口有否漏气并排除故障。o为了避免真空泵回油，实验过程中或实验结束时，只要抽气阀旋纽尖端为了避免真空泵回油，实验过程中或实验结束时，只要抽气阀旋纽尖端指向指向“空气空气”，使其进气口通大气。，使其进气口通大气。o针阀针阀漏率的大小，要以实验人员在乇的气压范围内，能及时读取并漏率的大小，要以实验人员在乇的气压范围内，能及时读取并记录相关数据为宜，该阀非常精密，应在教师指导下进行调节，请同学记录相关数据为宜，该阀非常精密，应在教师指导下进行调节，请同学们自己不要随意调节，以免损坏针阀们自己不要随意调节，以免损坏针阀。o实验过程中如果不注意（或操作不熟练），把过多的气体放入系统内，实验过程中如果不注意（或操作不熟练），把过多的气体放入系统内，这时可以参照上面操作步骤，用真空泵把系统内气压重新抽到实验需要这时可以参照上面操作步骤，用真空泵把系统内气压重新抽到实验需要再继续测量。再继续测量。实验结束若有不清楚的地方，欢迎同学们自己重新播放观看！