不良导体热导率的测量

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不良导体热导率的测定实验报告

不良导体热导率的测定实验报告一、实验目的1、了解热传导现象的基本规律。

2、学习用稳态法测量不良导体的热导率。

3、掌握热电偶测温的原理和方法。

二、实验原理当物体内存在温度梯度时，热量会从高温处向低温处传递，这种现象称为热传导。

对于一个厚度为＄d$、横截面积为＄S$ 的平板状不良导体，在稳定传热状态下，通过该导体的热流量＄Q$ 与导体两侧的温度差＄＼Delta T$ 成正比，与导体的厚度＄d$ 成反比，与导体的热导率＄＼lambda$ 成正比，即：＄Q ＝＼frac{＼lambda S ＼Delta T}｛d}＄如果在一段时间＄＼Delta t$ 内通过导体的热量为＄Q$，则热导率＄＼lambda$ 可表示为：＄＼lambda ＝＼frac{Qd}｛S\Delta T ＼Delta t}＄在本实验中，采用稳态法测量热导率。

将待测的不良导体样品制成平板状，放置在加热盘和散热盘之间。

加热盘通过电热丝加热，使热量通过样品传递到散热盘。

当加热盘和散热盘的温度稳定后，样品内的传热达到稳定状态，此时通过样品的热流量等于散热盘在单位时间内散失的热量。

散热盘在稳定温度下的散热速率可以通过测量散热盘的冷却曲线来确定。

当散热盘的温度高于环境温度时，它会向周围环境散热，其散热速率与散热盘的温度和环境温度之差成正比。

三、实验仪器1、热导率测定仪：包括加热盘、散热盘、热电偶、数字电压表等。

2、秒表3、游标卡尺4、电子天平四、实验步骤1、用游标卡尺测量样品的厚度＄d$ 和直径＄D$，计算出样品的横截面积＄S ＝＼frac{＼pi D^2}｛4}＄，用电子天平称出样品的质量＄m$ 。

2、将样品放在加热盘和散热盘之间，安装好热电偶，确保热电偶的测量端与样品良好接触。

3、接通电源，调节加热功率，使加热盘和散热盘的温度逐渐升高。

观察数字电压表的读数，当加热盘和散热盘的温度稳定后（温度变化在一定时间内小于＄01^｛＼circ}C$），记录此时加热盘和散热盘的温度＄T_1$ 和＄T_2$ 。

不良导体的导热系数的测定

【
实验目的
】
1. 学习一种测量不良导体导热系数的方法-稳态法；体会绕过不便测量的量（使用参量转换法）的设计思想。 2. 学会用最小二乘法求散热速率。
【
实验仪器
】
游标卡尺（0~150mm，△游 =0.02mm）、 MCTH20型不良导体系数实验仪(散热盘质量 △m=1g，温度△T =0.01℃)
Q T cm t t T2
系统传热达到一种稳定状态时，联立式2.5.2和式2.5.3，得
4 c m h T B 2 D T T ) tT T B( 1 2 2
（2.5.5）
由上式可知，关键是求散热盘在稳态温度T2附近时的冷却速率 T t ，由式2.5.5可得样品的导热系数。测量冷却速率 T t 的方法：自然冷却法
样品任一横截圆面的传热速率为
散热盘在温度 T 时的散热速率由下式给出
dQ dT cm dt dt 2 c 3 . 8 5 1 0 J/(kg K )
其中，c为散热盘铜盘材料的比热容， m 为散热盘
d T 的质量，表示散热盘在温度 T 冷却速率。 d t
散热盘在稳定温度 T
2
附近时的散热速率为 (2.5.3)
1 什么叫稳态导热？如何判定实验达到了稳定导热状态？ 2 什么是传热速率、散热速率、冷却速率？这三者在稳态测量时有什么内在联系？
【思考题答案】
1. 稳态导热”全称“稳定状态导热”，亦称“稳定导热”。物体内各点的温度不随时间而变化的导热过程。稳态时，加热盘和散热盘的温度为一稳定值。实验中根据样品上下表面的温度（即加热盘和散热盘的温度）连续 10min内保持不变，判断实验达到了稳定导热状态。 2. 传热速率：单位时间内通过物体横截面的热量；散热速率：物体单位时间内散失的热量；冷却速率：单位时间内物体温度的减少量。三者之间的联系：根据热传导定律测量导热系数需要测量传热速率，但是传热速率难于直接测量。稳态法测量导热系数就是根据稳态时传热速率等于散热速率，通过测量散热速率得到传热速率。而散热速率是通过测量在稳态时散热盘的冷却速率求得的。

不良导体热导率的测量实验原理

不良导体热导率的测量实验原理导体的热导率是指导体传导热量的能力，是衡量导体导热性能的重要指标。

而对于不良导体，其热导率相对较低。

在实验中，我们可以通过测量不良导体的热导率来评估其导热性能。

本文将介绍不良导体热导率的测量实验原理。

实验原理：不良导体的热导率低主要是由于其内部存在大量的热阻碍，导致热量难以在内部传导。

因此，我们可以通过测量在不同条件下不良导体的温度变化来间接评估其热导率。

实验步骤：1. 准备实验样品：选择一个具有不良导热性能的样品，如橡胶、木材等。

2. 安装测温设备：在样品的不同位置安装温度传感器，以测量样品的温度变化。

传感器的数量和位置应根据实际情况确定，以保证测量的准确性。

3. 设置实验条件：调节实验室的环境温度，以及样品表面的温度，可以通过加热或冷却来控制。

4. 开始实验：在设定的实验条件下，记录样品各个位置的温度随时间的变化。

5. 分析数据：根据测得的温度数据，计算不同位置之间的温度差，并绘制温度变化曲线。

6. 计算热导率：根据温度差、样品几何尺寸以及样品的热传导特性，可以通过热传导方程计算出样品的热导率。

实验注意事项：1. 在安装温度传感器时，要确保其与样品的接触良好，以避免测量误差。

2. 在设置实验条件时，要注意控制环境温度的稳定性，以确保实验的可重复性。

3. 在数据分析过程中，要注意排除其他因素对温度变化的影响，如辐射热量的影响等。

4. 在计算热导率时，要确保所采用的热传导方程与实际情况相符合，以保证计算结果的准确性。

实验结果分析：通过实验测得样品在不同条件下的温度变化数据，可以计算出样品的热导率。

在不良导体的情况下，热导率相对较低，导致样品的温度变化较为缓慢。

而在良导体的情况下，热导率较高，导致样品的温度变化较快。

通过对比不同样品的热导率，可以评估其导热性能的优劣。

总结：通过不良导体热导率的测量实验，我们可以评估不同材料的导热性能。

这对于材料的选择和应用具有重要意义。

不良导体热导率的测量

不良导体热导率的测量一、引言热传导是物质内部能量传递的一种方式，热导率是描述物质热传导能力的重要物理量。

对于材料科学和工程领域来说，准确测量材料的热导率具有重要意义。

然而，对于不良导体（如聚合物和复合材料）的热导率测量却具有一定难度。

因此，本文将介绍不良导体热导率的测量方法及其原理。

二、不良导体热传导机制在普通金属中，电子是主要的载流子，在电子-晶格相互作用下实现了热传输。

但在不良导体中，由于载流子密度很低，因此电子-晶格相互作用并不能完全解释热传输现象。

此时，声子（即晶格振动）成为了主要的载流子，在声子-声子和声子-晶格相互作用下实现了热传输。

三、测量方法1. 稳态法稳态法是目前应用最广泛的测量不良导体热导率的方法之一。

该方法通过在样品两端施加恒定温差，并测量样品两端的温度差和电流，从而计算出样品的热导率。

该方法需要保证样品稳定地达到热平衡状态，因此需要较长时间进行测量。

2. 非稳态法非稳态法是一种快速测量不良导体热导率的方法。

该方法通过在样品中加入一个短脉冲热源，并测量样品温度随时间的变化，从而计算出样品的热导率。

该方法适用于材料热导率较低或样品尺寸较小的情况。

3. 激光闪光法激光闪光法是一种基于激光脉冲加热和红外相机检测温度变化的非接触式测量方法。

该方法适用于材料表面温度变化较大或材料形态不规则等情况。

四、实验步骤以稳态法为例，具体实验步骤如下：1. 制备样品：根据实验要求制备不良导体样品，并将其切割成适当大小。

2. 测量尺寸：使用卡尺等工具测量样品尺寸及厚度，并计算出其截面积。

3. 热电偶连接：将两个热电偶分别固定在样品两端，并保证它们与样品紧密接触。

4. 电流施加：在样品中加入适量电流，使其达到恒定状态。

5. 温度测量：使用数字温度计等工具测量样品两端的温度差，记录数据。

6. 计算热导率：根据测得的数据，利用热传导方程计算出样品的热导率。

五、注意事项1. 样品表面应平整光滑，以保证热传输的均匀性。

不良导体热导率的测定

计算样品的热导率热导率。 2．计算样品的热导率。
18
19
8
测量散热盘的散热速率
达到稳态后，将样品取下，达到稳态后，将样品取下，与散热盘A 让加热盘 C 与散热盘A 直接接触，给散热盘加热。接触，给散热盘加热。当散热的温度比Ｔ高出若干度后，盘A的温度比Ｔ2高出若干度后， T2 移走加热盘C 散热盘A 移走加热盘C。散热盘A向周围散热，在散热盘散热的过程中，散热，在散热盘散热的过程中，记录一次散热盘温度，每6０秒记录一次散热盘温度，测得散热盘温度随时间变化的散热盘A 散热盘A的冷却曲线图一组数据，一组数据，利用该数据组绘制冷却曲线。冷却曲线。 dT ∆T
大学物理实验
不良导体热导率的测量
1
简介实验原理实验内容基本要求
2
简介
热导率：描述物质热传导性质的一个物理量。描述物质热传导性质的一个物理量。描述物质热传导性质的一个物理量在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态方法测定。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态法测量不良导体热导率。测量不良导体热导率。不良导体热导率通过实验掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法, 通过实验掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法体会使用参量转换法的设计思想，了解用体会使用参量转换法的设计思想，了解用AD590集成温度使用参量转换法的设计思想集成温度传感器测量温度的方法。传感器测量温度的方法。测量温度的方法
n=
A
dt
T2
=
∆t
9
哪个散热盘的散热速率大？热速率大？
根据热流速率与暴露在空气中的表面积大小成正比，中的表面积大小成正比，可知：可知：

实验26 测量不良导体的导热系数

测量不良导体的导热系数一实验目的1、用稳态平板法测量不良导体的导热系数2、用物体的散热速率求传热速率3、掌握热电偶测量温度的方法二实验仪器导热系数仪、杜瓦瓶，热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游标卡尺、停表三实验原理（一）稳态平板法ht Q 21θθλ-A =∆∆ tQ∆∆为热流量，λ为该物质的导热系数，也称热导率，h-样品厚度， A-样品面积。

所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热的速率时，系统便处于一个稳定的热平衡状态。

（二）实验装置及方法d ht Q 2142πθθλ-=∆∆A- 加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度；θ1-加热铜盘的温度，θ2-散热铜盘的温度。

（三）冷却法测量散热铜盘的散热速率∵ dt d t Q c m P P θ=∆∆散；dtd θ 是曲线在θ2点的斜率，如下图∴ ()dt d h d c m P P θθθπλ2124-= 四实验内容及步骤1、测量样品盘的厚度h 和直径d ，并记录散热铜盘的质量。

2、调节支架上的三个螺丝使它往下降一部份，将散热铜盘放在它的上面，再往上放样品盘，然后将加热器放在样品盘上面，使三个盘紧密接触，然后把加热器固定，再用三个螺丝往上拧，使整个系统固定不动。

3、将热电偶的插头分别插入两对孔中，并打开毫伏计（要调零）判断热端冷端，将热端分别插入加热铜盘和散热铜盘，冷端插入杜瓦瓶中。

4、用220v 电压加热15分钟，再用110v 加热同时打开风扇，大约半小时后每隔壁5分钟观察θ1、θ2的值各一次，直到观察到连续两组的数值不变即可认为系统达到稳态，记录这组数据。

5、重新用220v 电压加热同时关掉风扇，观察θ2的变化，当达到 θ2+0.2mv 时停止加热并移开加热器同时打开风扇。

观察θ2的变化当温度回落到θ2+0.2mv 时开始每隔壁30秒读一次数据直到θ2-0.2mv ，关掉风扇即完成此次操作。

不良导体导热系数的测量

不良导体导热系数的测量摘要导热系数是描述物质导热性能的重要参数，对于不良导体的导热系数的准确测量具有重要意义。

本文主要介绍了不良导体导热系数测量的原理、常用方法以及相关技术要点，旨在为不同领域的研究者提供参考和指导。

引言不良导体通常指导热性能较差的材料，其导热系数远低于金属等良导体。

不良导体导热系数的准确测量对于材料研究、热工性能评估等领域具有重要意义。

本文将介绍几种常用的不良导体导热系数测量方法，并详细介绍每种方法的原理和步骤。

原理不良导体导热系数测量的原理基于热传导定律。

热传导定律描述了物质内部的热能传递过程，其中导热系数是衡量物质传导热能的能力。

不良导体导热系数的测量可以通过测量物质中的温度变化和热流密度来间接获得。

常用方法热板法热板法是一种常用且简便的不良导体导热系数测量方法。

该方法通过在样品两侧施加热流，并测量样品表面的温度变化来计算导热系数。

具体步骤如下：1.将样品放置在两个加热板之间，确保样品与加热板之间的良好接触。

2.在样品的一侧加热板上施加固定的热流。

3.使用温度传感器测量样品表面的温度变化。

4.根据热流密度和温度变化计算样品的导热系数。

横向热流法横向热流法是另一种常用的不良导体导热系数测量方法。

该方法通过在样品两侧施加热流，并测量样品横向传导热流的温度分布来计算导热系数。

具体步骤如下：1.将样品放置在热源之间，确保样品与热源之间的良好接触。

2.在样品的一侧施加固定的热流。

3.使用温度传感器测量样品横向传导热流的温度分布。

4.根据温度分布和热流密度计算样品的导热系数。

长度法长度法是一种适用于纵向导热系数测量的方法，特别适用于长棒形状的不良导体。

该方法通过测量样品两端的温差和长度来计算导热系数。

具体步骤如下：1.将样品的一端保持恒定温度，而另一端保持绝热。

2.使用温度传感器测量样品两端的温差。

3.测量样品的长度。

4.根据温差、长度和热流密度计算样品的导热系数。

相关技术要点不良导体导热系数的测量需要注意以下技术要点：1.样品与热源之间要确保良好接触，以减小热接触电阻。

不良导体的热导率

不良导体的热导率摘要物体导热性能的好坏，称为物体的热导率。

不同的物质，热导率值是不同的热导率大的称为热的良导体，热导率小的称为热的不良导体。

测定不良导体的热导率的方法是当样品两端达到稳态温度差时，样品的传热速率与散热盘从侧面和底面向周围散热的速率相等为依据。

由此测出散热盘在稳定温度时的散热速率，以此求出不良导体的热导率，测量物质热导率的方法有稳态法和动态法两种，它们以傅里叶热传导定律作为基础。

目录1.实验目的………………………………………………………………2.实验仪器………………………………………………………………3.实验原理………………………………………………………………4.实验内容与步骤………………………………………………………5.注意事项………………………………………………………………6.数据及处理…………………………………………………………7.问题讨论………………………………………………………………8.知识拓展………………………………………………………………引言：导热系数是表征物质热传导性质的物理量,是各类科学研究和工程设计的重要基础参数。

迄今为止,尚无法用纯理论的方法,导出物质(特别是固体)导热系数的精确计算公式。

研究材料的导热性质，在科学研究和工程应用中是一个重要课题，凡联系到新型材料的开发，设备及装置的热设计等方面都离不开它，对于不同材料的不同性质（非金属不良导体；金属良导体）可采用不同的测试研究方法。

因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。

测量导导热系数的方法一般分两类：一类是稳态法，另一类是动态法。

在稳态法中，先利用热源在待测样品内形成一稳定的温度分布；然后进行测量。

在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如呈周期性的变化等。

本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数。

【实验目的】（1）了解掌握热传导现象的物理过程。

（2）掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理及方法。

（3）学会测定橡胶盘的热导率。

不良导体热导率的测定实验报告

大学物理实验不良导体热导率的测定实验.
不良导体热导率的测定实验.1,本次实验所测量的热导率λ,①实际上就是热容量;②是决定传热状态是否达到稳恒态的物理量;③是由绝缘材料传热性能所决定的物理量,但因要在稳恒态时才能测量,所以λ也与传热状态有关;④是完全由绝缘材料传热性能所决定的物理量,我们在稳恒态进行测量是为了使dT/dl=ΔT/Δl=(T2-T1)/l,这使测量和计算都大大简化,而不能说λ与稳恒态有关.试指出上述4种看法中,哪种正确?2,这种测λ的方法是否适用于测热的良导体?为什么?
4,热导率是一个材料的本征性能.λ= α* Cp * ρ（热扩散系数*热容量*密度）
用稳态法不太合适测量热的良导体,热的良导体热传导性能好,热量容易损失,使物体两表面的温度测量不准确.
篇一：不良导体的导热系数的测定实验报告
梧州学院学生实验报告
成绩：指导教师：
专业：班别：实验时间：实验人：学号：同组实验人：
1 2
3
4
篇二：物理实验报告测量不良导体的导热系数测量不良导体的导热系数
林一仙
一实验目的
1、用稳态平板法测量不良导体的导热系数
2、用物体的散热速率求传热速率
3、掌握热电偶测量温度的方法
二实验仪器
导热系数仪、杜瓦瓶，热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游标卡尺、停表。

不良导体热导率的测量

不良导体热导率得测量实验简介导热系数(又叫热导率)就是反映材料热性能得重要物理量。

热传导就是热交换得三种(热传导、对流与辐射)基本形式之一,就是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域得课题、材料得导热机理在很大程度上取决于它得微观结构,热量得传递依靠原子、分子围绕平衡位置得振动以及自由电子得迁移。

在金属中电子流起支配作用,在绝缘体与大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此,某种材料得导热系数不仅与构成材料得物质种类密切相关,而且还与材料得微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

在科学实验与工程设计中,所用材料得导热系数都需要用实验得方法精确测定。

测固体材料热导率得实验方法一般分为稳态法与动态法两类。

实验原理dt时间内通过dS面积得热量dQ,正比于物体内得温度梯度,其比例系数就是导热系数,即:(1)式中为传热速率,就是与面积dS相垂直得方向上得温度梯度,“—”号表示热量由高温区向低温区域,λ就是导热系数,表示物体导热能力得大小、在SI中λ得单位就是W·m-1·K-1、对于各向异性材料,各个方向得导热系数就是不同得(常用张量来表示)、1、不良导体导热系数得测量图1就是不良导体导热系数测量装置得原理图。

设样品为一平板,则维持上下平面有稳定得T1与T2(侧面近似绝热),即稳态时通过样品得传热速率为:(2)为样品上表面得面积,(T1—Ｔ2)为上、下平面式中h B为样品厚度,S BＲ2Ｂ得温度差,λ为导热系数。

在实验中,要降低侧面散热得影响,就需要减小ｈ。

因为待测平板上下平面得温度T1与T2就是用传热圆筒A得底部与散热铜盘C得温度来代表,所以就必须保证样品与圆筒A得底部与铜盘C得上表面密切接触。

实验时,在稳定导热得条件下(T1与T2值恒定不变),可以认为通过待测样品盘B得传热速率与铜盘C向周围环境散热得速率相等。

因此可以通过C盘在稳定温度T2附近得散热速率,求出样品得传热速率。

不良导体热导率的测定

t
t T2
实验原理
所有面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的关系为：
Q mcT
t
t T2
部分面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的关系为：
QmcT SS侧
t
t T2 2SS侧
不良导体的热导率为：
2mB c(D hp4hP) T D B2(D P2hP)T (1T2)tTT2
T2
(8) 用游标卡尺和钢板尺分别测量样品和散热盘的直径和厚度各六次填入数据记录表中。
(9) 用电子天平称量一次散热盘的质量并填入数据记录表中。
第十五页，共21页
数据记录与处理
一、数据记录
样品尺寸（见实验台标签）
稳态时加热盘 T1=_____，散热盘 T2=_____
散热盘冷却过程
t（s）
1 2 3 4 5 6 7 8 ……
第八页，共21页
实验原理
二稳态法测不良导体的热导率：
原理公式： QdT S
t
dxx0
关键是使样品内部形成稳定的传热状态。
稳态：经一段时间后，如果在样品的传热方向各截面的传热
速率ΔQ/Δt相同，那么样品内部将形成一个稳定的温度分布状态。
稳态时样品上下温度将各自停留在某个温度。传热速率ΔQ/Δt 和温度梯度（dT/dt）是一个确定的值。
第十二页，共21页
实验内容及步骤
(1) 取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，橡皮样品要求与加热盘、散热盘完全对齐。调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松；
(2) 按照图1所示，插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相连，另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中，并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。在安放加热盘和散热盘时，还应注意使放置传感器的小孔上下对齐。（注意：加热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不可互换。）

不良导体的热导系数的测量

不良导体的热导系数的测量实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。

导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。

用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。

而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。

本实验采用稳态法进行测量。

实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。

实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等实验原理1，导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，比例系数为热导系数或导热率：dS dxdTdt dQ λ-= （1） 2，不良导体导热系数的测量厚度为h 、截面面积为S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。

热量由加热盘传入。

加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为S hT T dt dQ21--=λ （2）图 1图 2由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。

这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T 2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。

每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dtdT。

铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。

不良导体热导率的测量

不良导体热导率的测量引言导热率是一个物质在导热过程中传递热量的能力的度量指标。

热导率的测量对于许多工业和科学领域都具有重要意义。

在研究材料的热传导特性、优化能源利用、设计热障涂层等方面都需要准确测量导热率。

本文将探讨如何测量不良导体材料的热导率，为相关领域的研究提供参考。

测量原理不良导体材料通常指的是热导率较低的材料，如聚合物、涂层材料等。

这些材料的热传导主要是通过分子振动来传递热量的。

传统的热导率测量方法，如热板法、热管法等在测量不良导体热导率时存在一定的问题，因为这些方法主要适用于导热率较高的材料。

因此，采用其他测量方法来测量不良导体的热导率是必要的。

电法测量电法测量是一种直接测量不良导体热导率的方法。

该方法利用材料的电阻率和热传导之间的关系，通过测量材料的电阻率来间接推断其热导率。

电阻率与热导率之间的关系可由热传导定律和欧姆定律得出。

电法测量方法简单、直接，适用于不同形状和尺寸的样品。

但是，该方法在高温条件下会有较大误差，因为高温下材料的电阻率和热导率有较大的变化。

横向热流法横向热流法是一种间接测量不良导体热导率的方法。

该方法利用加热片在材料表面加热，测量样品表面和背面的温度差，通过热传导定律计算热导率。

横向热流法适用于测量热导率较低的材料，且不受样品尺寸和形状的限制。

但是，该方法需要较长的时间来达到热稳定状态，且对温度测量的精度要求较高。

热比热容法热比热容法是一种间接测量不良导体热导率的方法。

该方法利用材料的热容和热传导之间的关系，通过测量材料的热容和温度随时间的变化来计算热导率。

热比热容法适用于测量各种形状和尺寸的样品，对温度测量的要求较低。

但是，该方法在测量过程中需要考虑样品表面热辐射和对流的影响，所以测量结果可能会有一定误差。

测量实验为了验证以上测量方法的有效性，我们进行了一系列实验来测量不良导体的热导率。

实验材料我们选择了两种常见的不良导体材料作为实验样品，分别是聚苯乙烯（PS）和聚四氟乙烯（PTFE）。

实验6 虚拟仿真实验--不良导体热导率的测量

发热盘A
橡胶盘B
散热盘C
图1 不良导体热导系数测定装置图
图2 发热盘，待测盘和散热盘
三、实验原理/ 3.2 热导系数的测量
实验中，维持待测盘的上表面A有稳定温度，下表面铜盘C有
恒定温度（侧面近似绝热）。根据(1)式，在稳态时通过样品的传
热速率可以写为，

=
−

(2)
式中为样品的厚度， = 为样品上表面的面积（为样
品盘的半径），( − )为待测样品盘的上、下表面的温度差，
为导热系数。
在稳态条件下( 和的值恒定不变)，通过待测样品盘B的传热
速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等，即(2)式中的/。
三、实验原理/ 3.2 热导系数的测量

这一难题？
一、实验目的
1. 了解热传导现象的物理过程
2. 学习用稳态平板法测量不良导体的热导系数
3. 测量铜盘的散热速率
二、实验仪器
2. 不良导体热导率的测量
3. 实验仪器：导热系数测量仪、杜瓦瓶、自耦调压器、数字电压表、秒表、游
标卡尺、橡胶盘
三、实验原理/ 3.1 导热系数简介
导热系数（又叫热导率）是反映材料导热能力大小的物理量。热
传导是热交换的三种基本形式（热传导、热对流和热辐射）之一，
是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个领域的重
要研究课题。
材料内部热量的传递载体有两种：原子围绕平衡位置的振动以及
自由电子的迁移。在金属中电子和晶格振动均起重要作用，在绝缘
体和大部分半导体（不良导体）中晶格振动起主导作用。
因此，材料的导热系数不仅与材料的物质种类相关，还与材料的

实验9不良导体导热系数的测定

实验九不良导体导热系数的测量导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换三种（导热、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题之一，要认识导热的本质和特征，需了解粒子物理而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。

材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

在科学实验和工程设计中所用材料的导热系数都需要用实验的方法测定。

（粗略的估计，可从热学参数手册或教科书的数据和图表中查寻）1882年法国科学家J•傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。

【实验目的】1．了解热传导现象的物理过程2．学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3．学习用作图法求冷却速率4．掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法【实验仪器】YBF-3导热系数测试仪、冰点补偿装置、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）、塞尺等【实验原理】为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。

热传导定律指出：如果热量是沿着z 方向传导，那么在z 轴上任一位置0z 处取一个垂直截面积ds ，以dT dz 表示在z 处的温度梯度，以dQ dt表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积ds 的热量），那么传导定律可表示成： 0()z dTdQ ds dt dz λ=-⋅ （9-1）式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。

（9-1）式中比例系数λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。

不良导体热导率的测量

60.8 61.0 61.1 61.2
散热盘T2 （ 0C ）
30.5 30.6 30.7 30.8
温度差（ 0C ）
30.3 30.4 30.4 30.4
实验内容——散热速率的测量
• 对散热盘直接加热，散热盘温度升高3~5度即可停止加热；
• 每隔20秒记录一次散热盘的温度,直到被测温度低于平衡点时散热盘温度2-3度时结束测量。
电源插座 11 立柱 9
定位座 11
实验原理不同材料测量示意图
6
不良导热体测量示意图良导热体测量示意图
1. 加热器 2. 加热盘 3. 被测试件 4. 散热盘 5，6 热电偶（至测温仪）
1. 加热器 3. 保温层 5. 散热盘
2. 加热盘 4. 被测试件 6. 热电偶（至测温仪）
热导率测定仪加热与散热
常见的三种热传递方式：
热传导
对流
热辐射
稳定法测定热导率原理图
假定温度T1 > T2，热流量应按箭头所指的方向流动。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多，随着时间的增加，被测物体各处热流量的差别会越来越小，直到时间足够长时，系统达到稳恒状态（流过被测物体所有截面上的热流量应当相同）。
仪器照片
被测试样
温度测量仪
实验内容——稳恒态的测量
• 稳恒状态实际上是一个相对的概念（ t ≠ ∞ ）
• 加热电压值为交流60 ~ 80V(通过仪器面板设置)
• 每隔3分钟记录一次T2、 T1 ,在加热时间超过一小时后，连续三次测量值T2 － T1不变，即可认为达到稳恒态为止。
加热盘T1 （ 0C ）
mc
T
R
2 B
2 RB LB

不良导体热导率的测量

不良导体热导率的测量实验简介导热系数(又叫热导率)是反映材料热性能的重要物理量。

热传导是热交换的三种(热传导、对流和辐射)基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。

材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。

在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与材料的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。

测固体材料热导率的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。

实验原理dt时间内通过dS面积的热量dQ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即：(1)式中为传热速率，是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温区向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小。

在SI中λ的单位是W·m-1·K-1。

对于各向异性材料，各个方向的导热系数是不同的(常用张量来表示)。

1、不良导体导热系数的测量图1是不良导体导热系数测量装置的原理图。

设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的T1和T2(侧面近似绝热)，即稳态时通过样品的传热速率为：(2)式中h B为样品厚度，S B R2B为样品上表面的面积，(T1-T2)为上、下平面的温度差，λ为导热系数。

在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。

因为待测平板上下平面的温度T1和T2是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。

实验时，在稳定导热的条件下(T1和T2值恒定不变)，可以认为通过待测样品盘B 的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等。

因此可以通过C盘在稳定温度T2附近的散热速率，求出样品的传热速率。

在读取稳态时的T1和T2之后，拿走样品B，让C盘直接与传热筒A底部的下表面接触，加热铜盘C，使C盘温度上升到比T2高10℃左右，再移去传热筒A，让铜盘C 通过外表面直接向环境散热(自然冷却)，每隔一段时间记下相应的温度值，求出C盘在T2附近的冷却速率。

不良导体导热率的测量

2 P 2 P
热导率
R 2 h 1 h dT P P mc 2 2 R 2 h T RT P P 1 2 dt
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操作指南
一、实验装置
测温电路
AD590
5K
测量端
二、操作步骤
1.用游标卡尺测量样品和铜板的几何尺寸。
2.安装仪器，连接电路。 3.接通电源，加热。将输出电压调至180V， T 每隔3分钟读一次温度数值 T 1 和 2 ，若在 5分钟内，样品上下表面的温度基本保持不变，可认为达到稳定传热状态，记下此时的 T1 和 T 2
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基本要求
一、数据记录
散热铜盘质量m=_____________Kg
黄铜的比热c=________________ 稳定状态时T1=_____， T2=_____
样品尺寸
1 DP(cm) hP(cm) DB(cm) 2 3 4 5 平均
hB(cm)
散热铜板冷却过程
1 t(s) 2 3 4 5 6 7 8 ……
导（即传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数极即为热导率，亦称导热系数。
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设计思路
本实验的关键是给样品造成一个稳定的传热状态（如图）在此状态下，温度梯度
dT T 1 T 2 dx h
T1、T2是样品上下表面的稳定温度，h是样品的厚度。
样品的传热速率
R 2 R h dQ d Q dT P P mc dt dt dt 2 R 2 R h P P
大学物理实验
不良导体导热率的测量
编制：郑小秋缪萍
简介预备知识
实反映材料导热性能的物理量。在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态法测量不良导体热导率。通过实验我们可以加深对热传导规律的理解，体会使用参量转换法的设计思想，掌握用温度传感器测量的方法。

非良导体热导率的测量

实验二非良导体热导率的测量- 5 -2T B1实验基本要求1．了解热传导现象；2．学习用稳态法测非良导体的导热系数； 3．学会用作图法求冷却速率。

2仪器简介3.实验原理当物体内部温度不均匀时，就有热量从高温向低温传递，用导热系数λ表示物体导热能力的强弱。

本实验采用稳态平板法测量不良导体的导热系数。

设在dt 时间内通过面元ds 传递的热量为dQ ，则传热速率dQ dTds dt dxλ=- dTdx为物体内的温度梯度。

设样品B 为一圆平板，半径为B R ，厚度为B h ，维持上、下平面的温度1T 和2T 恒定不变（侧面近似绝热），则稳态时通过样品的传热速率热导率测量实验装置加热圆盘C 待测材料B 散热铝盘A- 7 -oT (min)2a T T T b铝盘A 的冷却曲线212B B BdQ T T R dt h πλ-= 实验时，在稳定导热条件下（1T 、2T 恒定不变)，待测样品B 盘的传热速率BdQ dt与铝盘A 在稳定温度2T 附近向周围环境的散热速率A dQ dt 近似相等，即AB dQ dQdt dt≈。

由比热容的定义得22()A A A AA A A A dQ R h dT m c dt R h dt +=-⋅+ 所以212(2)2()()A AB A A AB A A m c h R h dT dt R T T R h λπ+=-⋅-+ 式中A m —A 盘的质量；A c —A 盘的比热，o 0.904J /(g C)A c =，A R —A 盘的半径，A h —A 盘的厚度。

可见，只要测出A dTdt，利用上式就能算出导热系数λ。

测出铝盘A 的冷却曲线(如图所示)，过曲线上点22(,)P t T 作切线，其斜率即为散热盘A 在2T 时的自然冷却速率:a bA a bT T dT dt t t -=- 4.实验内容1．熟悉实验仪器2．用游标卡尺测量散热铝盘A 的厚度A h 和直径2A R 、待测材料的厚度B h 和直径2B R ，用天平测出散热铝盘A 的质量。