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1、第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 气体导热系数的测定研究 蒋林华，应雄纯 （湖州师范学院信息工程学院，浙江湖州 湖州师范学院理学院，浙江湖州） 摘要：在热线温度和测量气压相对恰当的情况下，采用准静态的测量方法，可减弱低气压端对流的影响文章分析了实验图像在低气压端呈现非线性的原因，并设计了相应的改进方案，指出当气压范围为时，实验误差可以控制在以内 关键词：热线法，线性外推法，气体导热系数，低气压，对流，准静态引言 气体导热系数是表征物体传热性质的物理量，大学物理实验中测量气体导热系数的基本方法，采用“热线法”在低气压条件一卜进行，通过线性外推求出干燥空气的气体导热系数，实验装置简洁、直
2、观，操作简便但定量分析实验误差和最佳实验参量的资料较少，因此，如何评价和改进实验的测量方案和结果，是大学物理实验中亟待解决的一个问题“热线法刀测量气体导热系数的工作原理 实验采用“热线法”测量气体的导热系数，用热线恒温自动控制系统维持钨丝温度恒为每秒气体热传导所耗散的热量，等于钨丝的温度恒为时所耗散的电功率不同气体由于导热系数不等，维持钨丝温度恒定所消耗的电功率也不等，故可以通过测量钨丝消耗的电功率求算气体的导热系数设钨丝的半径为，测量室的内半径为，钨丝的温度为，长度为，室温为取距热源钨丝轴线处的一薄层圆筒状气体层，设其厚度为，长度为，内外圆柱面的温度差为，每秒通过该柱面传输的热量为，参见图，
3、根据傅里叶定律有： 进气口 出气口 图 测量室结构图 詈心一芸砌儿 改写为：作者简介：蒋林华（一），男，浙江嘉兴市人，湖州师范学院高级实验师研究方向：物理实验教学 第日届全国高等学校物日实骆赦学矸讨会论文嚣 。坐九 两边积分得到 弘 （）（，一） 盖掣 其中即为持求的气体导热系数上止（）中，为仪器常数，测苗室内璀温度可近似看作等于室温对于度为的钨丝，不同温度时它的电阻值并不相等只要预先标定耗钨丝的温度根据材料电阻率与扭应的戈系便可通过删蜮钨丝的阻值求出它的温应”实验仪器 实验采州 气体导热系数测定仪外形寓物幽如幽所示 幽 一 气体导热系数测定仪 仪器各部件名称 、三通：、测颦室：、三通 测壮空
4、电压表：、气压表：、电源指示柏翌兰饕飘蔷毖盖； 直空计校准（，）：、真空计枝准（一）； 洲城室也螈开芙： 、真空泵源开关真空泵、删簟室电流表，、计蒯实验结果与数据分析数据测量 气体样品为干燥的空气，在 帕（乇）范围内测出不同气压时钨丝两端的电压及电流所测四组数据分别记录到表、表、表、表中，并进行运算： 第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 表：不同气压下钨丝两端的电压及电流（哪 （） （） （） （） （） （） 。（） 。 ? 。 表：不同气压下钨丝两端的电压及电流 （） （） （） （） （） （） （） （） 第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 表：不同气压下钨丝两端的电压
5、及电流（） （） （） （） （） （） （） （） ? 表：不同气压下钨丝两端的电压及电流（） （） （） （） （） （） （） （） 第四届全国高等学校物理实验教学研讨奈论文暴 表格说明： 表格中，秽，一空， 真空时消耗热量：空宅 空 （） 测量室参数（由实验室给出）： 热线长度，热线零度电阻值 ， 热线直径，测量室内壁直径 之间的平均导热系数 将以上数据代入公式（）中可以求得之间的平均导热系数 第一组结果： ：一 ：望坐！垒型 （ 一 （，一瓦） 。（正一疋） （） （） （七） 第二组结果： ，：望兰！呈！垒！垒：！孕！：！：三 ；（，一疋） 。（互一疋） （） （） （妨 第三组结
6、果： ，：望兰！呈（垒塑：！擎！：旦！：兰 （，一疋） 叫 ：（正一疋） （） （） （老） 第四组结果： 。：坐丛垒盟：！善！：！：！丝！一 （，一疋） 。 （互一疋） （） （） （老） 第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 间平均导热系数的理论值 导热系数与温度有关，而导热系数与温度的依赖关系较复杂，可由简单关系（）尼近似计算，则、”间的平均导热系数： 诂壶酗）坨 素争嘉箐 瓦一瓦 ” 詹争嘉箐蝎 ，三兰：兰兰：！：二三呈鱼：！：！： （）实验相对误差 实验研究与改进 按实验要求，调节好仪器，当室温”时，关闭三通，启动真空泵，将系统抽真空至帕后，气压表置零。读得真空 。真空，则 然
7、后关闭真空泵，使空气缓慢地通过针阀进入测量室在”乇之间，每隔乇记录一组不同压强下的，值，作，叫低曲线。如图，可见曲线在低气压端璺现向一弯曲的现象作线性拟合外推交于纵轴，得到（）， （计算此值时，考虑实验环境温度的影响，乘系数。作为修正）：义根据热线”电阻值 ，计算出热线工作温度为（凡粕）（髓产代入公式（）， 得到干燥空气的导热系数为（七），（七）”（后）， 一 第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集（七）而，的平均导热系数的理论值为： 素争嘉箐 实验相对误差分别为，和 ， 图 一一一低拟合图 图 一一低拟合图 对实验进行反复操作，得出多组数据，从中抽取四组数据作出。一叫低拟合图，可观察到均呈现出如图、图所示的非线性特征，最佳线性拟合方程为：。，。， 。，。加 进一步结合图像和处理数据发现：在气压部分（即），几乎所有的点都呈现线性，最佳线性拟合方程分别为：以叫，”，一 ：而在气压部分的点则星现出相对较明显的非线性特征，如图、图所示（实验数据参见表） 。 图 一一低拟合图 图 一一一低拟合图 第四届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集 表：不同气压下钨丝两端的电压及电流 （） （） （） （） （） （） （） 。（） （） （） （） ，（） （） （） （） （） （） （） （） （） （） （） （） 。（） （） （） （） （） （） （） （） 。（） .