大学物理实验-导热系数的测定
精品课件-大学物理实验13-实验十三 固体导热系数的测定
测量方法：稳态法和动态法两类基本方法。本实验用稳态法测 定不良导热体——硅橡胶的导热系数。
发热铝盘 硅橡胶盘 散热铜盘
温度传感器
实验仪器
游标卡尺 电子天平
手套
传感器 温度显示
计时
发热盘 温 加度 热显 上示 限 温度设定
风扇开关 加热开关
导热系数
S
T1
h
待测硅橡胶盘
Q
（热流量）
t
傅立叶导热方程式
Q S (T1 T2 )
t
h
T2 所需测量量
单位：W/(m K)
1 Cal /(s cmC) 418.68W /(m K)
Δ Δ
Q t
、
h
、
T1、
T2、
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
----谢谢大家！！
This color schlieren image reveals thermal convection from a human hand (in silhouette
导热系数是表征物质热传导性质的物理量，其测定有着重要的 实际意义（如房屋设计）。
导热性能较好的物体称为良热导体，导热性能较差的物体称为 不良热导体。导热系数低于0.22 W/（m·K）的一些固体材料 称为绝热材料。
实验十三 固体导热系数的测定
热传导 热对流 热辐射
热传递
热传导
热传导是由于物体内部存在温度梯度，而发生从高温部分向 低温部分传递热量的过程。实质是由大量分子、原子或电子的 相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较 低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、 液体中它往往与对流同时发生。各种物质的热传导性能不同， 热传导过程的基本定律是博里叶定律。
《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
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
“电子气”扩散，金属2中的电子将 多于金属1中的电子。
接触电势差为 U12 (T, n1 ,n2 )
接触面上有一种把正负电荷拉开的非静电力，相当 于一个电源，其电动势
= U12(T, n1 , n2)
11
温差电现象：把两种金属接成闭合回路，若两个接
点A、B处的温度相同，则回路中无电动势；若两 个接点A,B处的温度不同，则回路中有电动势，也 有电流。
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
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
大学物理实验导热系数的测定
实验内容
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质量mC，由实验室提供。
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
调整电热板的供电方式,人为控制发热盘的温度在:
每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，引入修正系数：
于是，导热系数为：
实验原理
0°C 冰水
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温度差成正比。
检流计
加热
检流计
电压值即为温度示数
杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温差电偶。
θ/mv
210
180
150
120
90
60
30
0
ｔ／Ｓ
用逐差法求冷却速率:
数据记录和处理
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（散热板）质量mC。
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为20时的冷却速率 ，其中t=120s。
记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和20
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比较，计算出百分比误差。
操作要点
1
数字电压表调零，注意热电偶接线。实验过程中散热风扇保持开启。
2
构建稳态环境， 10保持在3.50mV±0.03mV范围内，测量20
不良热导体导热系数的测定实验报告
实验所测不良热导体的导热系数为： 0.141W/(m·k) 与参考值比较的相对误差为： E 9.6% 分析讨论
1.实验误差主要来源于对直径、高度和质量的测定，以及实验中测定散热速率方法造成的误差。 2.如果实验中板之间接触不好出现空气夹层，会使得传导速率减小从而增大温差，给实验带来误差。 为了减小空气层的影响，使用前将上下两个铜盘擦干净，以保证良好接触。
T (℃)
61.00
60.75
60.50
60.25
59.75
60 63.00 160 59.50
70 62.25 170 59.00
80 62.00 180 58.25
90 61.75 190 57.75
100 61.25 200 57.00
根据表 2 绘制时间与温度曲线如下图所示
图 1 温度随时间变化曲线
平衡，按“Enter”键确定，显示“OK”后记录平衡温度 T 1 、 T 2 。
3. 热平衡后，关闭加热开关，按“Quit”键退出，让上下铜盘直接接触，进入“再升温”选项，当 T 2 高于
下铜盘平衡温度 10℃后，显示“OK”。
4. 在升温后按“quit”键退出，取走加热盘，进入“冷却”选项，待冷却过程结束后，在 T 2 附近，上下各
(
0.0387)
Байду номын сангаас
0.141W/(m·k)
对于实验室温度为 293.15K，可求出此时不良导体导热系数的参考值：
0.140(
293.15
)
3 2
0.156
W/(m·k)
273.15
将计算值与参考值进行比较，计算相对误差：
E
100%
0.141 0.156 100% 9.6% 0.156
导热系数的测定
实验4—7 导热系数的测定热传导是热量交换（热传导、对流、辐射）的三种基本方式之一，导热系数（又称热导率）是反映材料热传导性质的物理量，表示材料导热能力的大小。
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，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量有关。
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。
物体按导热性能可分为良导体和不良导体。
对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的流体在某段时间内通过的热量。
对于不良导体则用稳态平板法测量其导热系数。
所谓稳态即样品内部形成稳定的温度分布。
本实验就是用稳态法测量不良导体的导热系数。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，巩固和深化热传导的基本理论。
2. 学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数。
3. 学会用作图法求冷却速率。
4. 了解实验材料的导热系数与温度的关系。
【实验原理】1. 导热系数根据1882年傅立叶（J.Fourier ）建立的热传导理论，当材料内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传向低温处，这时，在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：dS dzdT dt dQ λ-= （4-7-1） 式中，dtdQ 为传热速率；dz dT 为与面积dS 相垂直方向上的温度梯度，负号则表示热量从高温处传到低温处；λ为导热系数。
在国际单位制中，导热系数的单位为-1-1W m K ⋅⋅。
2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数设圆盘B 为待测样品，如图4-7-1所示，待测样品B 、散热盘C 二者的规格相同（其位置如图4-7-2所示），厚度均为h 、截面积均为S （2S D π=，D 为圆盘直径），圆盘B大学物理实验 78 上下两面的温度1T 和2T 保持稳定，侧面近似绝热，则根据（4-7-1）式可知传热速率为： S h T T S h T T dt dQ 2112-=--=λλ （4-7-2） 为了减小侧面散热的影响，圆盘B 的厚度h 不能太大。
《大学物理实验》教案实验1测定不良导体的导热系数
实验1 测定不良导体的导热系数一 引语 (Introduction )热量的传输方式有多种，如辐射、对流、传导等。
对于固体材料而言，热传导是热量传输的方式之一，它是物体直接接触温度不均匀时而产生的。
导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；在工程技术方面是不可缺少的。
如熔炼炉、传热管道、散热器、加热器，以及日常生活中水瓶、冰箱等都要考虑它们的导热程度大小。
所以，对导热系数的研究和测量就显得很有必要。
我们把导热系数大、导热性能较好的材料称为良导体；而把导热系数小，导热性能较差的材料称为不良导体。
一般说来，金属的导热系数比非金属的要大；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热系数最小。
本实验仅介绍一种比较简单的利用稳态法测不良导体的导热系数的实验方法。
稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，用热电偶测出其温度的方法。
二 实验目的 (Purpose)1．掌握稳态法测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。
3．理解温差热电偶特性。
三 实验仪器 (Instruments)红外灯、传热筒、杜瓦瓶、温差电偶、待测橡胶样品、调压器、数字电压表、硅油、停表。
图 1 导热系数测定仪装置图杜瓦瓶样品数字电压表热电偶四 实验原理 (principle)1. 热传导方程当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。
测定导热系数的原理是法国数学、物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热方程式。
该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，二个相距为h ，面积为A ，温度分别为1θ、2θ的平行平面，在t ∆秒内，从一个平面传到另一平面的热量Q ∆，满足下述表达式：ht QA 21θθ∆∆λ-= (2-6-1)式中tQ ∆∆为传热速率，A 为样品面积，h 为样品厚度，1θ、2θ分别为样品上下表面温度，λ为该物体的导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差一个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所传递的热量。
导热系数的测定
物理实验教学示范中心
当样品上下表面温度可以认为是均匀分布，且样品 盘厚度h1不很大可忽略样品侧面散热的影响时，傅立叶 热传导定律可改写为：
Q T1 T2 S t h1
当T1、T2稳定时，通过样品的传热率和黄铜盘向 侧面和下表面的散热率相同。
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
物理实验教学示范中心
实验4 导热系数的测定
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
前言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
前言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的一个重
要参数，在科学实验和工程技术中都要涉及这个参数。
材料按导热性能，可分为良导体和不良导体，通常导电 材料大部分是热的良导体。导热系数的测定大体上分为 稳态法和动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数 的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热系数。本 实验采用稳态平板法测量材料导热系数。
T mc t
T2 T20
物理实验教学示范中心
式中
k
T t
T2 T20
k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，c是黄 铜比热（c=3.77102J/kgk）。 那么样品的导热系数
m ckh 4m ckh 1 1 2 sT1 T2 d T1 T2
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
仪器简介
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜 盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上 再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度 T1、T
２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中
大学物理实验——准稳态法测量不良导体的导热系数和比热PPT
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
热偶丝较细，注意保护，加热面热偶横梁任何情 况下都禁止取下。
直流恒压源严谨短路。 实验结束后，松开仪器，以免泡沫挤压变形。
17
问题探讨
实际上，我们只需测量一块样品的热流密度及端 面温升速率，进而求出导热系数和比热。那么本 实验为何使用四块样品，能否只用两块或一块？
本实验中准稳态会无限保持下去吗？为什么不是 时间越长实验数据越好？
± (2.0%+5) 1×10-3=0.024
15
2.热导实验
检查4个热电偶（测其电阻，记录） 材料 ；室温t0= ；加热器r/2= ； 加热电压U加热初始= ；加热电压U加热结束= ； 加热电压U加热平均= ；
τ（min） 0 1 2
…
25
中心面温度
…
U(t1tc)
温差U(t2t1)
…
16
注意事项
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
导热系数测定设计性实验
Ｓ ， 体 厚 度 为 Ｈ，四 周 保 护 层 的 厚 度 均 为 ）整
Ｈ Ｈ Ｈ） 待测 液体 导热 系数 为 ， 护层 材 （ 《 ， 保
２ ２ 测量 复合材 料导 热 系数 ．
在实 际应 用 中 ， 多 材料并 不 是单一 的 ， 很 如图
料导 热 系数为 ， 们 的总体 导热 系数 为 。 它
导 热 系数 测 定 设 计 性 实验
唐 小村
（ 海 工学 院 ， 淮 江苏 连 云 港 ２２０） ２ ０ ５
摘
要 ： 热 系 数 测 定 是 大 学 物 理 热 学 中 比较 重 要 的 实 验 ， 稳 态 法 测 量 不 良导 体 导 热 系 数 的 原 导 对
理 和 实 验 方 法 进 行 研 究 ， 于 不 同形 态 的导 热 材 料 ， 出 了几 种 可 行 的实 验 方 案 。 实验 内 容 和 测 量 结 果 对 提 符 合 设 计 性 实 验 要 求 ， 助 于 启 发 学 生 的创 新 意识 。 有
：
ｄ
后， 将加 热盘 Ａ移 开 ， Ｃ盘 自然冷 却 ， 隔一 定 让 每
的时 间间 隔采集 一 个 温度 值 ， 到 其 温度 下 降 低 直 于丁约１ ， ２ ０℃ 由此 求 出铜盘 Ｃ在 温 度 Ｔ 附 近的 ２ 冷 却速 率 （ 即温度 变 化 率 ） 由于 物体 的冷 却 速 率 。
～ Ｈ ～
法 对学 生具 有启 发 性 ， 大 学 物理 实 验 教 学 中可 在 以作为设 计 性实 验 进 行 开展 ， 以巩 固和 深 化 热 传
导 的基本 理 论 ， 发学 生创新 意识 。 激
参 考文 献 ：
［］ Ｂ Ｒ １ Ｅ ＭＡＮＲ Ｔｈ ｒ ｌ ｏ ｄ ｃｉ ｏｉｓ Ｍ］ ０ － ． ｅｍａ Ｃ ｎ ｕ ｔ ｎｉ Ｓ ｌ ［ ． ｘ ｏ ｎ ｄ
华科大大学物理实验_稳态法测固体的导热系数实验
• 测量导热系数的方法分稳态法和非稳态法两大类 • 稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形 成稳定温度分布的条件下进行测量的方法。 • 非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随 时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利 用物体已知的密度和比热，求得导热系数。 • 测量导热系数方法很多，没有哪一种测量方法适 用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所 有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于 物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量 方法。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数 ，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性 。 6
18
4．测量稳态温度：打开加热开关，每隔2分钟记下散 热铜盘C的温度，当发热铝盘A、散热铜盘C的温度不 再上升时（大约需要加热35分钟左右），说明系统己 达到稳态，这时每隔 5 分钟测量并记录T1和T2的值。 5.散热速率的测量：在读得稳态时的T1、T2后，即可 将 B 盘移去，而使发热铝盘 A 的底面与散热铜盘 C 直 接接触。当 C盘的温度上升到高于稳态时的T2值若干 摄氏度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘 A 移开，让 散热铜盘 C 自然冷却。测量散热盘的温度T随时间 t 的 变化关系，每隔30秒记录一次温度T，直至温度到T2之 下若干摄氏度为止。根据测量值可以计算出C盘散热速 率。 6．如果还要测量另一种材料的导热系数，可打开轴流 式风扇，待散热盘C的温度接近室温后再关上风扇。接 下来重复步骤2～5即可。
• 控制器面板布置图（见图）：例如 需要设置加热温度为60℃，具体操 作步骤如下： • 1．先按设定键SET 0.5秒，进入温 度设置数。数字闪烁的位数即是可 以进行调整的位数。 • 3．按上调键或下调键确定这一位 数值，按此办法，直到各位数值符 合设定温度值。 • 4．再按设定键SET 1次，设定工作 完成。如需要改变温度设置，只要 重复以上步骤就可。
长春理工大学大二上大物实验报告
实验1 导热系数的测量【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】1、YBF-3导热系数测试仪 一台2、冰点补偿装置 一台3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组4、塞尺 一把 【实验原理】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。
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Z 0 处取一个垂直截面积ds （如图1），以dzdT表示在z 处的温度梯度，以dtdQ表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积ds 的热量），则传热速率与温度梯度及面积成正比，热传导定律可表示成：ds dzdTdt dQ Z 0)(λ-= (1) 1T 2Tz（图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）。
导热系数测量实验报告.doc
导热系数测量实验报告篇一：导热系数实验报告实验2.8 用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告一、实验目的.（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数. （2）利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材.实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、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）进行时，热传导的基本公式可写为dTdQ=?λ ?????????---------------------------------------------（2.8.1）它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数，它的大小由物体????dT本身的物理性质决定，单位为W????1????1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.在图中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物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，视热量只沿着垂直待测板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?t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为????????? ---------------------------------------------（2.8.2）式中，???为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（2.8.2）式写成?Q=?λ??????=?λ?? ---------------------------------------------（2.8.3）的形式，那么???便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（2.8.3）式即可求出λ. 实验中，使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2，并设??1??2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变，所以，通过B的热量就等于C向周围散发的热量，即B 的导热速率等于C的散热速率.因此，只要求出了C在温度??2时的散热速率，就求出了B的导热速率???.因为P的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为????，而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ????????????部全=??部全---------------------------------------------（2.8.4）式中，???为??部面积的散热速率，???为??全面积的散热速率.而散热速率???就部全部?????????等于（2.8.3）式中的导热速率，这样（2.8.3）式便可写作????????? =?λ?? 部---------------------------------------------（2.8.5）设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有??部??全??2=?? +????????2=2?? +??????---------------------------------------------（2.8.6）???由比热容的基本定义c=Δ????Δ??‘，得ΔQ=cmΔ??’，故???cmΔ??’= 全---------------------------------------------（2.8.7）将（2.8.6）式、（2.8.7）式代入（2.8.4）式得?????+4?? =?????? 部---------------------------------------------（2.8.8）将（2.8.8）式代入（2.8.5）式得λ=?????????????/2---------------------------------------------（2.8.9）式中，m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容. 四、实验内容.（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出，其比热容c=3.850×102??? kg?℃?1.（2）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热铝盘A放在样品盘P上方，再调节三个螺栓，使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.（3）将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中，并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性，采用同一个温度传感器测温，在需要测量发热盘A和散热盘P温度时，采用手动操作，变换温度传感器的测温对象.（4）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关，如果仪器上限温度设置为100℃，那么当传感器的温度达到100℃，大约加热40分钟后，发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时，说明系统已达到稳态，这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.（5）测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A，取下待测盘，并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘A移开，让散热铜盘P自然冷却.这时候，每隔30s记录此时的??2值并记录.五、实验数据记录与处理.表一下铜盘直径、厚度，待测物厚度实验结果记录表下铜盘质量为m=655 g.取平均值，稳态时，??1=102.3℃、??2=79.2℃.表三测下铜盘散热速率实验结果记录表利用作图法求下铜盘的散热速率得下铜盘散热速率为K=0.02976T????1. 由（2.。
大学物理实验稳态法测量物体导热系数讲义
4
d B 2
式中 dc 、 hc 分别为散热铜盘的直径和厚度；
d B 、 hB 分别为橡胶盘的直径与厚度； T1 、 T2 稳态时，橡胶盘上、下表面的温度；
m铜 、c铜 分别为散热铜盘的质量和比热；
T / t 散热盘铜盘在 T2附近的冷却速率；
橡胶盘的导热系数。
三 、实验仪器
图4.2 导热系数测定仪装置图 A.加热板 B.待测样品 C.散热铜盘
导热系数，又称热导率，是反映材料传热性能的重 要参数，在物体的散热和保温工程实践中如锅炉制造、 房屋设计、冰箱生产等都要涉及这一参数。
导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热 系数小、导热性能差的材料称为不良导体。 一般来说， 金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液 体的要大，气体的导热系数最小。
本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导 体导热系数的方法。
一 、实验目的
1.了解热传导现象的物理过程； 2.用稳态法测定热的不良导体──橡胶的导热系数； 3.学习用温度传感器测量温度的方法。
二、 实验原理
Q S T1 T2
t
h
图4.1热传导
上式为热传导的基本公式，由法国数学家、物理学
稳态法测量物体导热系数
物理实验中心
课前十分钟预习：
1、游标卡尺的使用； 2、理解热传导的基本公式和基本规律； 3、掌握稳态法测量原理。
前言
当物体内部温度不均匀时，热量会从温度高的地方 向温度低的地方转移，这种现象称为热传导。热传导是 由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动 而产生的热量传递现象。
hB
QC散 t
m铜c铜
T t
实验中达到稳态散热时，铜盘C 的上表面是被样品覆盖着 的，故需对 T / t 修正：
大学物理试验不良导体的热导系数的测量讲义
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：dQ dT 皿一、上二—九——dS（1）dt dx2,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工和T2时，传热速率为dQ（2）dtdQ' dt 为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体，有由于传热速率很难测量，但当工和T2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T2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1，据此求出铜盘在T附近的冷却速率dT。
2dt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。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，dQ _兀R^R + 2h) dQ ~dt—兀R(2 R + 2 h )IT（3）式中dQ' dT -- 二 mc — di -- dt这样，就有dQ _ 兀R ^R + 2 h )、 ~dt —兀R (2 R + 2h )结合(2)式，可以求出导热系数: 九二m 铜。
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.
大学物理实验——测定气体导热系数
大学物理实验——测定气体导热系数本实验旨在测定气体导热系数，通过该实验，我们可以掌握气体导热的基本原理和测定方法。
实验原理：热传导是一种物质内部热量传递的方式，当物体的一部分温度升高，部分分子动能增加，随之将多余的能量传递给邻近分子，这样能量逐渐从高温区转移到低温区，直到整个物体达到热平衡。
在气体中，热传导只能通过分子之间的碰撞，因此气体的热传导主要与气体分子的平均自由程有关。
气体不同于固体和液体，气体的物态比较松散，分子之间的距离远大于其大小，而且由于气体的热运动导致气体分子彼此迅速交换着位置和速度。
因此，气体的热传导比固体和液体要弱，热传导系数也要小得多。
气体的导热系数的大小与气体的种类、压力、密度、温度等有关。
该实验测量的是常温下氢气的导热系数，根据气体形状对传热的影响，可以使用圆柱形长短不等的传热棒，利用传热棒的热流量和温度梯度来计算气体的导热系数。
实验设备：传热棒（一个长、一个短）、电流表、电压表、热电偶、恒温水浴池、压力计、气体压缩机等。
实验步骤：（1）首先，在氢气压缩机上打开压力调节阀，将氢气压力调到1.5 MPa左右。
（2）将传热棒置于恒温水浴池中，并通过继电器接通到电源上，使传热棒发热。
（3）在传热棒的长短两端接上电压表、电流表、热电偶等仪器，测量热流量、电压、电流和温度。
（4）将传热棒加热到稳定状态，记录长短传热棒的电流、电压、温度差等数据。
（5）启动气体压缩机，将氢气充入装置中，利用压力计调节气体压力。
（7）重复以上操作，取多组数据。
根据传热学理论，气体导热系数k的计算公式为：k = Q / (2πLΔT)其中，Q为传热棒放出的热量，L为传热棒（长）的长度，ΔT为传热棒的温差。
由于短传热棒的长度很短，可以忽略它的导热作用，不考虑它的热流量，因此，计算气体导热系数时，只需要考虑长传热棒的热流量即可。
Q = P × U × A其中，P为电功率，U为电压，A为传热棒截面面积。
大学物理实验报告-金属导热系数的测量.doc
大学物理实验报告-金属导热系数的测量.doc 实验目的：测量不同金属材料的导热系数，并对比分析各材料之间的差异。
实验原理：热传导指的是热量由高温区域向低温区域传递的过程，其速度与介质的导热系数有关。
金属导热系数较高，是热传导的良好介质。
导热系数的计算公式如下：λ = Q/(A * ΔT/t)其中，λ为导热系数；Q为传热量；A为传热面积；ΔT为温度差；t为传热时间。
实验器材：导热实验装置、热传导棒、温度计、计时器、金属样本（铜、铁、铝、钢）。
实验步骤：1. 将实验器材准备整齐，待其达到稳定状态。
按照实验所需温度，将金属样本均匀地放置在导热实验装置的导热棒上。
2. 通过温度计记录下初始温度，并开启计时器。
在保持恒温状态下，测量金属样本的时间变化，并记录每一次测量的温度。
3. 在一定时间内，测量金属样本的温度变化并记录每隔一定时间的温度。
4. 根据实验公式，计算出各种金属的导热系数，并进行对比分析。
实验结果分析：根据实验数据，我们得出不同金属的导热系数如下表所示：| 金属材料 | 导热系数（W/mK） || -------- | ---------------- || 铜 | 385 || 铁 | 80 || 铝 | 205 || 钢 | 50 |通过我们的实验数据可以看出，各种金属的导热系数相差较大。
其中，铜的导热系数最高，而钢的导热系数最低。
这与材料的基本物理特性有关，如原子间距离、原子内电子结构等，不同的材料对热传导的效应差别十分明显。
综合考虑各种因素，我们得到的结果是，当介质材料导热系数越高时，它对热传导的效应就越好，与之硬度和密度等基本物理特性也有关。
这意味着，在特定的工程应用场景中，我们可以根据金属导热系数和其他物理特性，选择适合的金属材料来进行设计。
实验结论：在本实验中，我们成功地测量了不同金属材料的导热系数。
结果表明，各种材料导热系数的差异明显，这是因为各种金属材料的物理特性不同所导致。
导热系数的测量
瓶的冰水混合物中，热端插入样 品上下的两个小孔中。热电偶的 两个接线端分别插在仪器面板上 的相应插座内，利用面板上的开 关可方便地直接测出两个温差电 动势。温差电动势采用量程为 20mV的数字电压表测量，再根据 铜—康铜分度表转换成对应的温 度值。
实验原理
热传导定律:如果热量沿着x方向传导，那
么在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S
思考题
1、测导热系数λ要满足哪些条件？在实 验中如何保证？
2、测冷却速率时，为什么要在稳态温度 T2（或T3）附近选值？如何计算冷却 速率？
3、讨论本实验的误差因素，并说明导热 系数可能偏小的原因。
•
1
R2
•
T1
h T2
•
dT dt
实验内容与操作
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径 和高度。
2、安装、调整整个实验装置。安放样品时， 须使插入热电偶的小孔与杜瓦瓶、数字电压表 位于同一侧。调节散热盘下面的三个螺旋测微 头，使待测样品的上下表面与加热盘和散热盘 紧密接触。热电偶热端插入小孔底，保证热电 偶热端与样品或铜盘接触良好。热电偶冷端插 入杜瓦瓶中浸入冰水混合物中。
（如图），以
dT dx
表示在x处的温度梯度，以
dQ dt
表示在该处传
热率（单位时间通
过截面△S的热量），
那么热传导定律可以表示成
dQ dt
dT dx
S
式中负号表示热量从高温区向低稳区传 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。
实验思路
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
5、求冷却速率。
以时间为X轴温度为Y轴作出散热盘的冷却 曲线，画出经过冷却曲线上T3点的切线， 其斜率即为温度T3时散热盘的冷却速率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由上式可见，关键是求散热盘的散热速率
移开样品，让散热盘自然散热冷却，在温度 20附近，散热盘的散热速率可以表示为：
q mc t t 2 20 2 20
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同， 引入修正系数：
Rc2 2Rc hc q mc 2R 2 2R h t t c c c 2 20 2 20 Dc 4hc 1 mc D 2h 2 t c c
检流计
加热 0°C 冰水
Et 0
电压值即为温度示数
检流计
杜瓦瓶里冰水混合物为 冷端；发热盘、散热盘 分别与冷端形成两个温 差电偶。
实验内容
1
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质 量mC，由实验室提供。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
传递的热量，单位是瓦· -1 · -1（W ·m-1•K-1），导 米 开
热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。
3、稳态法测不良导体的导热系数
~ 220 V
Ｋ
~ 110 V
电热板
发热盘 Ｑ Ｑ 橡胶盘 Ｑ 散热板
•当传入样品的热量等于 散出的热量时，样品处 于稳定导热状态。 样品内部的温度不再 随着时间变化
思考题： 课后 3，5，6
Q q t 1 10 t 2 20
稳态时样品上下表面的温度分 别为一定值10 和20
样品
实验原理
Q 1 2 A t hB
Q q t 1 10 t 2 20
10 20 q A t hB 2 20
| 2 20 测量散热板（黄铜盘）的冷却速率 t
（4）用镊子抽出橡胶盘，使发热盘A与散热盘P直
接接触，通电使散热板温度比θ20高1mv时立即分
离两板，散热盘开始自由近前后各四个数据
填入记录表，用逐差法进行处理。 ｔ／Ｓ θ/mv 用逐差法求冷却速率: 0
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 t ，
2
3
计算。
2
20
构建热传递的稳定状态 （1）调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
（2）调整电热板的供电方式,人为控制发热盘 的温度在: θ 1 = 3.50±0.03mV
（3）每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录 θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系 统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内 的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
大学物理实验
导热系数的测定
深圳大学物理科学学院
实验原理
1、热传导定律
在t时间内经Ｓ传递的热量为Q：
Q d S t dx x0
实验原理
2、导热系数
Q d S t dx x0
称为导热系数
导热系数——表示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
电风扇散热
实验装置示意图
实验原理
发热盘 样品（橡胶盘） 样品
截面面积A
hB
散热盘（黄铜盘）
样品（橡胶盘）的传热速率为：
Q 1 2 A t hB
1为样品上表面的温度， 2为样品下表面的温度，
hB为样品的厚度，A为样品的截面面积。
实验原理
稳态时:传入的热量等于散出的热量 即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率
20
2
3
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为 20时的冷却速率 ，其中t=120s。
t 2 20
4
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比 较，计算出百分比误差。
操作要点
3 1 数字电压表调 零，注意热电 偶接线。实验 过程中散热风 扇保持开启。 2 构建稳态环境， 10保持在 3.50mV±0.03 mV范围内， 测量20 测量黄铜盘的 冷却速率 时要 在20附近。
2 20
于是，导热系数为：
D 4h h 1 1 c B c 2 mc 2 t Dc 2hc 10 20 RB 2 20
实验原理
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由 于温度差而产生电动势 的现象称为温差电动势， 一般情况下，温差电动 势近似与两接触端的温 度差成正比。
30 60 90 120 150 180 210
0
120 30 150 60 180 90 210 4
数据记录和处理
1
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（ 散热板）质量mC。 记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和