实验十四 稳态法测量不良导体的导热系数
稳态法测量不良导体的导热系数
dQ
dT
mc
dt
dt
T2
四、实验原理
➢ 2、考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，导热系数计
算公式修正为：
dT
mc
dt
T2
(RP 2hP ) 4hB
1
(2RP 2hp ) (T1 T2 ) d B2
式中：m为铜盘的质量；
1
c为铜盘的比热容，c 3.80 10 J kg K
避免烫伤。
2
Rp hp分别为铜盘的半径和厚度；
dB hB分别为待测样品的直径和厚度。
1
五、实验步骤
➢1. 用游标卡尺测量待测样品B及散热铜盘P的几何尺寸，用天平测出铜盘质
量m。
➢2. 取下固定螺丝，将样品放在加热盘与散热盘中间。
➢3. 加热盘的温度上升到设定温度值时，在10分钟或更长的时间内加热盘和散
热盘的温度值基本不变，达到稳定状态。
W.m-1.K-1 ，不良导体如橡胶导热系数为0.22 W.m-1.K-1。
本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数，即利用热源传热在待测样品内部形成
稳定的温度分布，然后进行测量。
二、实验目的
➢ 1. 通过实验掌握用稳态法测量不良导体导热系数的方法。
➢ 2. 体会参量转换法的实验设计思想。
➢ 3. 掌握FD-TC-B型导热系数测定仪的使用方法。
➢4. 停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，再设定
温度到80 ℃，加快散热盘的温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时的
值 左右即可。
五、实验步骤
➢5. 移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，由临近 值的温度数据计
算散热盘冷却速率
利用稳态法测定不良导体的导热系数
２ １ 实验 仪器 ．
直接 接触 ， 继续 加 热 Ａ盘 ， Ａ盘 温 度 升 至 比 高 ７ ℃左
右， 停止加 热并 移去加 热 盘 Ｃ 让铝 盘 Ａ通 过外 表面 直接 ，
实验 中采用 湖南 远 景新 技 术 研 究 所研 制 的 Ｙ ＿Ｉ Ｊ Ｌ Ｚ
４ 数字智能化热学综合仪 （ 下文称为热学综合仪） 及导 热 系数 测量 实验 装 置。 导热 系数 测 量装 置见 图 １ 示 。 所
并 温 度传感 器 引线 ， Ｅ为散 热铝 盘 Ａ的温度传感 器 引线 。
６ ． ７６ ６ ３ ６．
６５． ２
３５ ． ４０ ．
４． ５
６ ． ０６ ５ ． ９８
５ ９ ８．
７０ ． ７． ５
８． ０
５ ． ５０ ５ ． ４３
５ ６ ３．
１５ ．
２０ ． ２． ５ ３０
， Ｔ ， １
热 系数 ， 键是 求 出冷却速 率 。 关 ａ ｌ
２ ３ 测量 过程 ．
是材料 自身温 度 的函数 ， 所用 材料 的导热 系数都需 要用实
验的方法精确确定。本文采取稳态平板法测量， 利用 Ｍ ｔｂ ａａ ｌ 软件对数据进行处理 ， 得到冷却速 率随时 问、 温度 的变化关
即 ＝ （） － ） ｔ ｉ， 厂 ｆ ＝＼［ ｔ ’ －］拟合级次 ｎ ６ 拟合的曲 ｎ 取 ，
线见 图 ２ 示 。 所
（绘 警～及 线 ２ 制 曲 ～ ）
得到 Ｔ＝ｆ ｔ的 函数关 系 后 ， 用 Ｍ ｔｂ中符 合运 （） 利 ａａ ｌ
算 的 ｄ 函数 可求 出 ＝ ￡对 时 间 ｉ （ ） 的一 阶导数 ＝
根 据 实 验 测 得 的 数 据 （ 表 １利 用 Ｍ ｆ ｂ中 的 ｐｌ 见 ） ａａ ｌ ｏ— ｙ
(完整版)基于稳态法测不良导体的热导率的研究
北航物理实验研究性报告基于稳态法测不良导体的热导率的研究第一作者：学号：目录稳态法测量不良导体的热导率实验 ........................................................ 错误!未定义书签。
一、实验仪器 (2)二、实验原理 (3)三、实验步骤 (5)3.1实验准备 (5)3.1.1 连接实验器材 (5)3.1.2．加热并等待稳定时间 (5)3.1.3测量铜盘散热速率 (5)3.2测量数据 (6)四、实验数据再处理 (6)4.1原始数据的记录和处理 (6)4.2不确定度的计算： (8)4.3测量结果 (9)五．实验中的误差分析及讨论： (9)误差来源为： (9)5.1仪器误差 (9)5、2康-康铜热电偶数字电压表灵敏度误差 (9)5、3金属的热胀冷缩 (9)六．感想与结束 (10)摘要热导率，又称导热系数，反映物质的热传导能力。
按傅里叶定律（见热传导），其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。
测量不良导体的热导率有稳态法和动态法，本文以”稳态法测不良导体的热导率”为实验内容，利用傅里叶导热方程式和铜盘的散热规律，测量样品的热导率。
实验原理简单，但是设计精巧。
最后是实验过后自己的思考和对实验的改进的建议。
关键词稳态法傅里叶导热方程式热电偶温差计一维传播一、实验仪器稳态法测不良导体热导率实验装置A —带电热板的发热盘B —螺旋头C —螺旋头D —样品支架E —风扇F —热电偶G —杜瓦瓶H —数字电压表 P —散热盘二、实验原理根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为1θ、2θ 的平行平面（设1θ ＞2θ ），若平面面积均为S ，在t δ时间内通过面积S 的热量Q δ满足下述表达式：h S t Q21k δ δθθ-= (1) 式中tQ δ δ为热流量，k 即为该物质的热导率（又称作导热系数）。
实验十四 稳态法测量不良导体的导热系数
实验十四 稳态法测量不良导体的导热系数导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。
而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。
本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。
【实验原理】1898年C.H.Lees 首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。
设稳态时，样品的上下平面温度分别为1θ、2θ，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：t ΔQ ΔS h tQ B 21θθλ−=ΔΔ (1) 式中λ为样品的导热系数，为样品的厚度，为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状，设圆盘样品的直径为,则由（1）式得：B h S B d2214B B d h tQ πθθλ−=ΔΔ (2) 实验装置如图1所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ,散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ,样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
导热系数的测定(完整版)
二、实验原理：
1．热传导定律： ；
2．导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开-1（W·m-1·K-1），导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；
3．稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法；
得分
教师签名
批改日期
深 圳大 学 实 验 报 告
课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：实验14导热系数的测定
学院：
专业：课程编号：
组号：指导教师：
报告人：学号：
实验地点
实验时间：2009年月日星期
实验报告提交时间：2009年月日
一、实验目的
1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。
2.了解物体散热速率和传热速率的关系。
5、讨论本实验误差因素，并说明测量导热系数可能偏小的原因。
A、样品表面老化，影响传热；
B、加热板，样品，散热板之间有缝隙，影响传热。
C、热电偶热端与发热盘和散热盘接触不良，应粘些硅油插入小孔底部，等等
6、测冷却速率时，为什么要在稳态温度 附近选值。？
A、当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度，环境温度都有关。
并给出λ测量结果.
思考题
1、导热系数的物理意义是什么？
导热系数是单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度，是反映材料导热性能的重要参数之一，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦•米-1•开-1（W•m-1•K-1）。
2、实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？
用稳态法测不良导体的热导率
用稳态法测不良导体的热导率热传导是指热量从物体温度较高部分沿着物体传到温度较低部分的方式，它是三种传热模式（热传导、对流、辐射）之一。
各种材料都能够传热，但是不同材料的热传导性能不同。
热导率又称“导热系数”，是表征材料热传导性能的基本物理量, 其定义为单位时间内通过单位面积的热能与温度梯度之比。
热导率高的材料称为热的良导体，否则为热的不良导体。
热导率受材料本身的状态、成分、结构、密度以及湿度、温度和压力等综合因素影响。
在科研、生产很多领域，材料的热导率是应用材料的一个重要指标。
目前，测量固体材料的热导率一般有两种实验方法：稳态法和动态法。
稳态法测量是基于样品内部待测热导率方向形成稳定的温度差，利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量样品的热导率。
动态法测量热导率是在被测样品整体达到温度均匀恒定后，加载微小的温度扰动，通过检测此温度扰动直接计算出被测样品在此恒定温度下的热导率。
稳态测量法原理清晰，计算公式简单，可用于较宽温区的测量，但测定时间较长和对环境要求较严格。
动态法测试对边界条件没有太多的要求，测试设备相对比较简单，但动态法的测试数据方法一般都比较复杂，甚至要进行复杂的数学公式进行各种修正。
本实验应用稳态法中的平板法测量不良导体的热导率，学习用物体散热速率求热导率的实验方法。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理。
2. 掌握测量冷却速率的方法，以及通过散热速率求传热速率以及热导率。
3. 了解热电偶的原理以及使用方法。
【实验原理】法国数学家、物理学家约瑟夫.傅里叶（Joseph Fourier）于1882年建立了傅里叶热传导定律，即：如果物体内部有温差存在时，热量将从物体高温部分流向低温部分，时间内流过面积的热量正比于温度梯度，其比例系数既是热导率。
其热传导的基本公式为：(1) 式中为传热速率，是与面积相垂直方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温传向低温。
稳态法测量不良导体的导热系数讲义
稳态法测量不良导体的导热系数
武汉科技学院理学院 物理实验教学中心
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。 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，掌握用热点偶测量温度的 方法。
5
S
找稳态？
接通电源，打开主机底部小风扇，
形成稳定的散热环境，将加热盘供电电
压调到220V，加热10分钟，将加热盘供
电电压调到110V，然后5分钟记录一组样
品上下表面温度，若在10分钟内，样品 上下表面温度不变，则样品达到稳态，
记录（TA，TP ）。
6
怎样测温 度？
—热电偶测温原理：
热电偶是利用温差电效应
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。
Q t κ T A TP hB
15
10
实验内容
1．调整仪器装置； 2．控制实验条件以使样品尽快达到稳态， 记录此时加热盘和散热盘温度； 3．测量散热盘的散热过程，记录散热盘温度 随时间变化的一组数据。
11
注意事项
电压表使用前要调零。
测量散热盘散热过程前取出样品时，应先切
断电源并注意防止烫伤。
做完实验要整理好实验台，关掉所有电源。
《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面（x=0）的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
8
实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热， 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等
少数热运动能量大的电子可能逸出表面
自由电子出来进去 动态平衡
一层电子气， 一个电偶层（约10 -10m厚）
电子要逸出金属，必须克服金属表面层内正离子晶体 点阵势井和表面电偶层电场作功，称为逸出功。 10
逸出功与表层电势差的关系为 A=eU*
不同金属的逸出功A不同，逸出 电势U*不同。
2、自由电子数密度不同
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
9
热电偶测温原理
介绍概念：接触电势差 温差电现象 接触电势差：两种不同的金属接触时会出现电势差
产生的原因：逸出功不同,自由电子数密度不同. 1、逸出功 金属表面层内存在着一种阻止电子逸出 表面的作用力 正离子晶体点阵势井
大学物理实验——
准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
实验目的
1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热 2、掌握热电偶测量温度的方法 3、学习使用数字万用表
2
实验原理
热量传递三种方式：热传导,热对流,热辐射
热传导：物体相邻部分有温差，在各部分之间不发 生相对位移，仅依靠原子、分子及自由电子等粒 子的热运动而产生的热量传递。
准稳态法测不良导体的导热系数和比热 实验报告
准稳态法测不良导体的导热系数和比热实验报告一、实验目的（1）实验一：万用表使用测量：熟悉万用表的使用方法，学习量程的选择方法，以及根据量程得到数据精度并计算不确定度的方法。
（2）实验二：热导实验：1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和热比的方法；2、掌握热电偶测量温度法方法；3、加深对直线拟合处理数据方法的理解。
二、实验一：万用表使用测量计算过程：（2）交流电源有效值∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.2%*0.34474 + 0.05%*2 = 0.0017V =X=XX0.34474 ±0.0017V±=∆（3）交流信号的频率∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.01%*999.98 + 0.003%*2000 = 0.16Hz =XX999.98 ±0.16Hz=X∆=±（4）电阻∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.020%*10.9457 + 0.004%*20 = 0.003kΩ=X==XX10.9457 ±0.003kΩ±∆（5）电容∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=1%*0.930 + 0.5%*2=0.019uF ==XX0.930 ±0.019uFX±=∆（6）二极管∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.06%*0.5735+0.020%*2 = 0.0007V =X=XX0.5736 ±0.0007V∆=±实验二：热导实验三、数据处理（2）U1(t2t1)~τ，U2(t1tc)~τ曲线分析：当样品进入准稳态时，样品内各点的温升速率相同并保持不变，且样品内两点间温差恒定。
对应的电压值变化趋势为：中心面和冷面温差U2(t1tc)线性增长，热面和中心面温差U1(t2t1)基本保持不变。
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告引言导热是热学的一个重要概念，许多工程问题中都需要用到导热系数。
在实际应用中，往往遇到不良导体的导热系数难以测量的问题。
为了解决这一问题，本实验采用稳态法测量不良导体的导热系数。
实验目的1.了解不良导体的基本概念和导热系数的含义。
3.初步掌握不良导体的导热系数测量技能。
实验原理导热系数是指单位时间内单位面积的热量通过单位长度的传导热阻力。
不良导体通常指导热系数较小的物质，如泡沫塑料等。
对于不良导体，传热时存在两种传热方式：较慢的传导和较快的对流，因此稳态法测量不良导体的导热系数时，需要将不良导体置于一个绝热容器内进行实验。
稳态法测量不良导体的导热系数的主要思想是通过测量绝热容器内的温度分布，计算出不良导体两侧的热流量差，从而求解不良导体的导热系数。
实验仪器和材料1.绝热容器：气密容器，内表面喷漆，型号为JYL-0.05V。
2.电热丝：铠装电阻丝，长度为40cm。
3.万用表：数字万用表，量程为200mV。
4.直流电源：稳压直流电源，输出电流为0-10A，输出电压为0-30V。
5.不良导体：泡沫塑料。
6.测温仪：热电偶温度计，型号为TSM-3型。
实验步骤1.将泡沫塑料削成80cm×2cm×1cm的长条形，两侧铅直铺设电热丝。
2.将热电偶温度计插入泡沫塑料中央，测量其内部温度。
3.将泡沫塑料放置在绝热容器内，关闭绝热容器的出气口。
4.通过直流电源通电，控制电热丝两侧电流和电压的大小。
5.记录各个时间点的热电偶温度、电热丝电流和电压值，并计算出泡沫塑料两侧的热流量差。
6.根据测量数据，绘制泡沫塑料两侧温度分布曲线，并通过计算得到泡沫塑料的导热系数。
实验结果实测电热丝电流为1.8A，电压为3.6V。
在稳态时，泡沫塑料两侧温度分别为22.5℃和12.5℃，热电偶测量的两侧温度差为10℃。
利用公式K=Q/(SΔT)计算出泡沫塑料的导热系数为0.038W/(mK)。
稳态法测量不良导体导热系数
稳态法测量不良导体导热系数【实验目的】1．利用物体的散热速率求传热速率。
2.（用稳态平板法测定不良导体的导热系数。
） 【仪器用具】1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表） 一台 2．杜瓦瓶（或低温实验仪） 一只/台 3．硬铝样品（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） 一根 4．橡皮样品 一块 5．测片 一把 【实验内容】1．测量不良导体----橡皮样品的导热系数。
2．测量金属----硬铝测试样品的导热系数。
3．测量空气的导热系数。
【结构特性】在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘之间距离和平整度的。
除测量金属样品时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的导热系数时，均将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺母旋紧，具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下。
使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
【测量范围、精度】1．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃ 温差测量的精度0.5℃;2. 计时部分：范围０～100min;最小分辨率1S, 精度:10-53. 电压表：精度0.1%;【实验原理】导热是物体相互接触时,由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向(设Z 方向)进行的时候,热传导的基本公式可写为:(2-9-1)它表示在dt 时间内通过ds 面的热量为dQ,dT/dz 温度梯度,λ为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m •k),它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。
在图一中，B 为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物B 向低温铜盘传递，若B 很薄，则通过B 侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量沿着垂直待测圆板B 的方向传递，那么，在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在Δt 时间内，通过面积为S 、厚度为h 的匀质板的热量为dt ds dz dTdQ Z ⋅-=0)(λ(2-9-2)△T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告实验报告实验名称：稳态法测量不良导体的导热系数实验目的：本实验旨在通过稳态法测量不良导体的导热系数，进一步了解材料的导热性能，并提高实验操作能力。
实验原理：热传导是物质内能的传递，是由高温区向低温区传递热量的过程。
在导体中，热量的传导主要通过自由电子传导和晶格振动传导两种机制实现。
本实验通过稳态法测量不良导体的导热系数。
在稳态下，热量的输入和输出相等，即：Qin = Qout根据傅立叶热传导定律，稳态下热传导的热流密度Q与导热系数λ、导热面积A、温度差ΔT之间的关系为：Q = λAΔT / d其中，Q为单位时间内通过导体的热量，λ为导热系数，A为导热面积，ΔT为温度差，d为导体的厚度。
实验器材：1. 不良导体样品2. 直立式热传导仪3. 温度计实验步骤：1. 将热传导仪取出，并调整热电偶测温头至样品位置，并与温度计校准。
2. 将样品固定于热传导仪上，并调整加热电压至一定值，保持恒温。
3. 记录热电偶和温度计示数，计算温度差ΔT。
4. 根据所用材料的厚度测量所得，计算导热系数λ。
实验结果及数据处理：进样品的加热电压为V = 5V，测得的热电偶示数为T1 = 40℃，T2 = 30℃，沿导体厚度方向测得的样品厚度为d = 2cm。
由此可计算出温度差ΔT = T1 - T2 = 40℃ - 30℃ = 10℃。
代入傅立叶热传导定律公式Q = λAΔT / d，可得热流密度Q。
将实验中测得的其他参数代入公式，可计算得到不良导体的导热系数λ。
实验结论：通过稳态法测量不良导体的导热系数，可以得到材料的导热性能。
该实验结果为XX（具体结果），表明该不良导体具有较低的导热系数，其热传导能力较差。
实验过程中需注意：1. 实验开始前要确保热传导仪和温度计都已校准，并测得的数据准确可靠。
2. 在稳态状态下测量温度差，并注意尽量减小其他误差的影响。
3. 实验结束后及时关闭加热电源，并注意对实验器材的清理和归位。
导热系数的测定(完整版)
3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率 ，计算 。
操作要点：
1．导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）；
2．构建稳态环境，保持 在3.50mV±0.03mV范围内，测量 ；
3．测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境：
a.电风扇一直工作。
b. 附近的冷却速率。
测量结果参考值：
1．DB, hB, DC, hC测量参考值：
橡胶板直径 =131.77 mm橡胶板厚度 =8.25 mm
黄铜盘直径 =130.02 mm黄铜盘厚度 =7.66 mm
黄铜盘质量m=896.2 g黄铜比热C= 3.77×102J/kg.k
2．稳态法测 ,
=3.50 mv =1.82mv
3．采取逐差法求黄铜盘冷却速率 .Δt = 120 S
T/s
0
30
60
90
120
150
180
210
θ2/mV
七，数据处理
1．原始数据必需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；
2．采用逐差法求黄铜盘在温度为 时的冷却速率 ，Δt = 120 S
4．计算橡胶板的导热系数λ，与标准值 比较，并给出λ测量结果；
5．给出实验结论。
测量次数
1
2
3
4
5
平均值
所用测量仪器
橡胶盘直径DB( )
橡胶盘高Hb( )
黄铜盘直径DC( )
黄铜盘高度HC( )
2.选择θ20前后四个数据记如下表，并采用逐差法求散热盘P在温度为θ20时的冷却速率
△θ／△t|θ2=θ20，其中△t=120S.
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告实验报告：稳态法测量不良导体的导热系数实验实验目的：本实验旨在通过稳态法测量不良导体的导热系数，了解不良导体的导热性能，并进一步分析材料的热传导特性。
实验仪器：1. 实验台2. 电热器3. 铜棒样品4. 温度计5. 计时器6. 多用电表7. 导热油实验原理：稳态法测量导热系数是通过测量材料的温度梯度和热流量来计算导热系数的。
在实验过程中，首先将导热油倒入实验台中，使其充满整个实验空间。
然后，在台面上放置热源和试样，热源通过导热油将热量传递给试样，试样将热量传递给周围环境。
通过测量试样两端的温度差和热流量，可以计算出导热系数。
实验步骤：1. 准备工作: 将实验台内充填导热油，并使其达到温度平衡。
2. 将导热棒和试样一起放置在实验台上，使其与实验台接触良好。
3. 将电流通入电热器中，通过导热油将热量传递给试样，使热量在试样内传递。
4. 同时使用温度计测量试样两端的温度差，并通过多用电表测量电热器的电流和电压，计算出热流量。
5. 记录不同时间间隔的试样温度和热流量数据，并绘制温度与热流量的关系曲线。
6. 根据数据计算出导热系数。
实验结果：根据实验得到的温度-热流量关系曲线，可以通过线性拟合得到试样的斜率，即热流量值。
通过计算不同时间间隔内的温度差，可以得到导热系数的数值。
实验结论：根据实验结果，可计算出不良导体的导热系数。
导热系数是衡量材料导热性能的重要参数，通过实验可以了解不良导体的导热性能，并为材料的热传导特性分析提供参考。
实验注意事项：1. 实验过程中要注意安全，避免触电或烫伤等意外情况。
2. 导热油的量要足够充填实验台，且温度均匀平衡。
3. 实验前要对实验仪器进行检查，确保正常工作。
4. 实验操作要严格按照实验步骤进行，尽量减小误差产生。
5. 实验完成后要对实验环境进行清理和整理，保持实验台的整洁。
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告(一)
稳态法测量不良导体的导热系数实验报告(一)稳态法测量不良导体的导热系数实验报告简介本报告介绍了使用稳态法测量不良导体的导热系数实验的方法和结果。
该实验采用了稳态法测量导热系数的方法，通过测量导体两端的温度差和导热长度，计算导热系数。
实验目的•测量不同材料的导热系数，了解不良导体的导热性能；•分析不良导体的导热差异，为后续材料选择和优化提供参考。
实验步骤1.准备实验所需材料和设备；2.温度测量：使用温度计测量导体的两端温度，并记录；3.确定导热长度：根据实验设计，测量导体的长度，并记录；4.安装导体：将导体安装在恒温水槽中，确保整个导体完全浸没在水中；5.稳定温度：打开恒温水槽，调节水温，使其稳定于所需温度；6.等待稳定态：在恒温水槽中放置一段时间，待温度稳定后进行下一步；7.测量数据记录：记录稳定温度下导体两端的温度差和导热长度；8.计算导热系数：根据测量数据，使用导热系数计算公式计算导体的导热系数；9.分析结果：对实验结果进行分析和比较，得出结论。
实验结果•实验所得数据：测量到的导体两端的温度差为ΔT，导热长度为L；•导热系数计算结果：根据导热系数计算公式，得出不同导体的导热系数；•数据分析：对比各种导体的导热系数，分析不良导体的导热性能。
结论通过稳态法测量不良导体的导热系数实验，我们得到了不同导体的导热系数数据，并进行了比较和分析。
根据实验结果，可以得出以下结论： 1. 不同材料的导热系数存在较大差异，不良导体的导热性能较差； 2. 在进行材料选择和优化时，需要考虑材料的导热性能；3. 导热系数可作为评价材料导热性能的重要指标之一。
参考文献[1] 张三, 李四, 稳态法测量导热系数实验方法研究, 物理实验杂志, 20XX.[2] 中国测绘科学研究院，导热系数测量技术方法，测绘标准化与质量保证，20XX。
实验条件和设备•实验条件：室温为25°C，相对湿度为50%；•实验设备：–温度计：使用数字温度计，具有高精度和稳定性；–恒温水槽：具有恒温控制功能，能够稳定控制水温；–导体样品：选择不同材料的导体样品，确保样品的尺寸一致；–数据记录器：记录实验数据，确保数据准确性；–恒温计时器：用于稳定时间的控制，确保温度稳定于所需状态。
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告稳态法测量不良导体导热系数稳态法测量不良导体导热系数摘要:导热系数是反映材料导热性能的物理量，在加热器、散热器、导热管道、冰箱制造、建筑保温隔热设计等领域都涉及该设计参数。
材料的导热系数与材料的容量、空隙率、湿度、温度等因素有关，小于0.25W/m?K的材料为绝热材料。
导热系数的测量方法有稳态法和动态法两类，本实验采用稳态法。
关键词:稳态法导热系数热流量比热容冷却速率Steady method for measuring the poor conductor coefficient of thermal conductivityAbstract: the coefficient of thermal conductivity is reflect material thermalconductivity physical quantities, in the heater, radiator, thermal pipe,refrigerator manufacture, construction insulation design, and other fields involve the design parameters. The thermal conductivity of materials and the capacity ofthe materials, pore ratio and other factors, such as temperature, humidity, lessthan 0.25 W/m k. materials for insulation. Coefficient of thermal conductivitymeasurement method is steady method and dynamic method two kinds, this experimentused steady state law.Keywords: Steady state law Coefficient of thermal conductivity Heat flow Specificheat let Cooling rate【实验目的】1. 学习用稳态法测量不良导体的导热系数。
准稳态法测导热系数和比热
一、实验名称：准稳态法测量不良导体的导热系数和比热二、实验目的：1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热原理，并通过快速测量学习掌握该方法；2. 掌握使用热电偶测量温度的方法;3. 学习使用数字万用表。
三、实验原理：1. 准稳态法测量原理考虑如图B2－１所示的一维无限大导热模型：一无限大不良导体平板厚度为R 2，初始温度为0t ，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度c q ，则平板各处的温度),(τx t 将随加热时间τ而变化。
以试样中心为坐标原点，上述模型的数学描述可表达如下： ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==∂∂=∂∂∂∂=∂∂022)0,(0),0(),(),(),(t x t x t q x R t x x t a x t c τλττττ 式中c a ρλ/=，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度，c 为材料的比热。
可以给出此方程的解为（参见附录）：)cos )1(2621(),(222121220τπππτλτR an n n c e x R n n R R x R R a q t x t -∞=+⋅∑-+-++= （B2－１）考察),(τx t 的解析式（B2－１）可以看到，随加热时间的增加，样品各处的温度将发生变化，而且我们注意到式中的级数求和项由于指数衰减的原因，会随加热时间的增加而逐渐变小，直至所占份额可以忽略不计。
定量分析表明，当5.02>Ra τ以后，上述级数求和项可以忽略。
这时式（B2－１）可简写成： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=62),(20R R x R a q t x t c τλτ （B2－２）图B2－1理想的无限大不良导体平板这时，在试件中心处（0=x ）有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=6),(0R R a q t x t c τλτ （B2－３） 在试件加热面处（R x ±=）有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=3),(0R R a q t x t c τλτ （B2－４） 由式（B2－３）和（B2－４）可见，当加热时间满足条件5.02>R a τ时，在试件中心面和加热面处温度和加热时间成线性关系，温升速率都为Rq a t c λτ=∂∂，此值是一个和材料导热性能和实验条件有关的常数，此时加热面和中心面间的温度差为：λττR q t R t t c 21),0(),(=-=∆ （B2－５） 由式（B2－５）可以看出，此时加热面和中心面间的温度差t ∆和加热时间τ没有直接关系，保持恒定。
“稳态对比法”测量不良导体的导热系数
“稳态对比法”测量不良导体的导热系数金忆凡;吉唯峰;乔卫平;黄学东;孙存英【摘要】以稳态法的实验装置为基础,通过调节加热源的电压保证待测样品及标样的散热盘的散热温度(电压)相同,记下加热盘和散热盘的温度(电压),根据傅里叶导热方程,以及标准样品的导热系数直接获得待测样品的导热系数.该方法避免了传统方法因散热盘散热过程的理论处理及数据读取引入的误差.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】2页(P44-45)【关键词】对比法;傅里叶导热方程;导热系数【作者】金忆凡;吉唯峰;乔卫平;黄学东;孙存英【作者单位】上海交通大学物理系,上海200240;上海交通大学物理系,上海200240;上海交通大学物理系,上海200240;上海交通大学物理系,上海200240;上海交通大学物理系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O551.31 引言不良导体材料是生产生活中应用广泛的保温隔热材料，而导热系数是表征不良导体导热性能的特征物理量，工业上普遍采用稳态法测量不良导体的导热系数.在大学物理实验中，通常开设“闪光法测量不良导体导热系数”以及“用稳态法测量不良导体导热系数[1－2]”实验.本文以稳态法的实验装置为基础，利用对比法，即将待测样品和标准样品在同样的环境下进行测量，在保证散热盘散热温度相同因而散热过程相同的条件下，当达到热平衡时，读取加热盘及散热盘的电动势，直接根据傅里叶导热方程及标准样品的导热系数，获得待测样品导热系数.和原稳态法相比，该方法可以避免因考虑散热问题而引入的各项误差，操作简便，重复性好，结果可靠.2 理论依据及实验装置傅里叶导热方程的表达式为式中：λ为不良导体的导热系数，S为不良导体截面积，h为厚度，T1与T2分别为导热稳定时不良导体两表面的温度.ΔQ为在时间Δt内流过不良导体的热量.稳态法测量不良导体导热系数的实验装置如图1所示.图1 实验装置图当样品或标样处于热平衡时，如果它们的散热盘的温度相同，则散热盘的散热速率相同，即样品和标样导热速率也相同，对相同厚度和面积的样品B和标样M，根据傅里叶导热方程，有测温使用康铜温差电偶，在线性范围内，其温差电动势U与对应待测温度的比值为一常量.因而有关系式3 导热系数的测量及结果测量所用样品的参量如下：玻璃，直径为130.14mm，厚度为8.00mm；橡胶，直径为130.14mm，厚度为8.00mm.测量时将样品B（橡胶）置于加热盘与散热盘之间，打开电灯，保持电灯的功率不变，电灯就是恒定热源.当系统达热平衡时，温差电偶测温器1和2的电动势值为恒定值，记为U1B和U2B，且U1B＞U2B.测量结束将标样M（玻璃）换上，控制电灯功率大小使其在热平衡时U2M＝U2B.记下U1M和U2M.多次测量结果如表1～2所示，室温均为21℃.表1 测量数据（橡胶）N U1B／mV U2B／mV t／min 1 2.03 1.66 10 2 2.05 1.69 8 3 2.10 1.73 8 4 2.05 1.69 10 5 2.12 1.74 10表2 测量数据（玻璃）N U1M／mV U2M／mV t／min 1 1.80 1.69 7 2 1.90 1.78 6 3 1.80 1.69 10两材料的数据中均有U2B＝U2M＝1.69mV，且当橡胶处于U2B＝1.69mV时U1B均为2.05mV，玻璃U2M＝1.69时，U1M也均为1.80 mV，可见实验重复性好.将实验数据代入式（2），则橡胶对于玻璃的导热系数之比为代入玻璃的导热系数0.76W／（m·℃），即可求得橡胶的导热系数0.23W／（m·℃）.该值在0.15～0.27W／（m·℃）参考值范围内.4 结束语在实验时，由于环境温度其实在缓慢增加，所以示数维持5min以上看作系统处于热平衡.本实验的计算过程简单并可以不处理散热的具体问题，方法简单，结果可靠，重复性好.【相关文献】[1] 朱肖平.稳态法测量导热系数装置的改进与实验数值计算方法研究[J].实验技术与管理，2009，26（11）：61－63.[2] 乔卫平.实验“不良导体导热系数的测量”计算方法的改进[J].大学物理实验，2005，18（3）：19－24.。
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实验十四 稳态法测量不良导体的导热系数
导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。
而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。
本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。
【实验原理】
1898年C.H.Lees 首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。
设稳态时，样品的上下平面温度分别为1θ、2θ，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：
t ΔQ ΔS h t
Q B 21
θθλ−=ΔΔ (1) 式中λ为样品的导热系数，为样品的厚度，为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状，设圆盘样品的直径为,则由（1）式得：
B h S B d
221
4B B d h t
Q πθθλ−=ΔΔ (2) 实验装置如图1所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ,散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ,样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
C 当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度1θ和2θ不变，这时可以认为加热盘C 通过样品传递的热流量与散热盘P 向周围环境散热量相等。
因此可以通过散热盘P 在稳定温度2θ时的散热速率来求出热流量t
Q ΔΔ。
实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度1θ和2θ后，将样品B 抽去，让加热盘C 与散热盘接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的P 2θ值或者以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度C D 20C D 20θ随时间t 的下降情况，求出散热盘在2θ时的冷却速率
2θθθ=ΔΔt ，则散热盘P 在2θ时的散热速率为： 2
θθθ=ΔΔ=ΔΔt mc t Q (3)
其中m 为散热盘P 的质量，为其比热容。
c 在达到稳态的过程中，P 盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘P 的散热速率的表达式应作面积修正：
)22()
2(222P P P P P p h R R h R R t mc t Q ππππθθθ++ΔΔ=ΔΔ= (4)
其中为散热盘P R P 的半径，为其厚度。
P h 由（2）式和（4）式可得：
)22()
2(42222
12P P P P P p B B h R R h R R t mc d h ππππθπθθλθθ++ΔΔ=−= (5)
所以样品的导热系数λ为：
14- 4
2211)(4)22()
2(2B B P P P p d h h R h R t mc πθθθ
λθθ−++ΔΔ== (6) 【实验仪器】
导热系数测定仪装置如图1所示,它由电加热器、铜加热盘C ,橡皮样品圆盘B ,铜散热盘P
、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成。
图1导热系数测定仪装置图
【实验内容】
(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、
散热盘完全对准；要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。
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。
） ；
(3) 接上导热系数测定仪的电源，开启电源后，左边表头首先显示从FDHC，然后显
示当时温度，当转换至b = =· =，用户可以设定控制温度。
设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热。
右边显示散热盘的当时温度。
14- 4
(4) 加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，可每隔一分钟记
录一次，待在10分钟或更长的时间内加热盘和散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。
(5) 按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好，再
设定温度到，加快散热盘的温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时的C D 802θ值左右即可。
C D 20(6) 移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔10秒（或者30秒）记录一
次散热盘的温度示值，由临近2θ值的温度数据中计算冷却速率2
θθθ
=ΔΔt 。
也可以
根据记录数据做冷却曲线，用镜尺法作曲线在2θ点的切线，根据切线斜率计算冷却速率。
(7) 根据测量得到的稳态时的温度值1θ和2θ，以及在温度2θ时的冷却速率，由公式
2211)(4)22()
2(2B B P P P p d h h R h R t mc πθθθ
λθθ−++ΔΔ==计算不良导体样品的导热系数。
【注意事项】
1．为了准确测定加热盘和散热盘的温度，实验中应该在两个传感器上涂些导热硅脂 或者硅油，以使传感器和加热盘、散热盘充分接触；另外，加热橡皮样品的时候，为达到稳定的传热，调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘紧密接触，注意不要中间有空气隙；也不要将螺丝旋太紧，以影响样品的厚度。
2．导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，减小样品侧面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小实验误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。
【思考题】
1．应用稳态法如何是否可以测量良导体的导热系数？如可以，对实验样品有什么要求？实验方法与测不良导体有什么区别？
2．什么是镜尺法？镜尺法画切线利用了什么原理？
14- 4。