良导体导热系数的测定(讲义)
导热系数的测定ppt
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材料的导热系数不仅随 温度、压力变化，而且 材料的杂质含量、结构 变化都会明显影响导热 系数的数值
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导热系数都需要用实验的方法 精确测定。测量导热系数的实 验方法一般分为稳态法和动态 法两类。
导热系数测量Analysis Of Teaching Materials
Ppt template for blackboard teaching Illusory Rain
导热系数测定Analysis Of Teaching Materials
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一般来说，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。而且 金属的导热系数比非金 属的要大，固体导热系 数比液体的要大，气体
理与方法
Sample text
掌握热电偶测 温原理及导热 系数测定仪的
使用方法
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掌握用热电转 换的方式进行 温度测量的方
法
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学习用作图法 求冷却速率
02
实验原理
Teaching Curriculum Design
02.实验原理Teaching Curriculum Design
由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一 铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的 温度也相同。这样只要测出样品的厚度左和两块铜板 的温度T、T，就可以确定温度梯度。
02.实验原理The Whole Process Of Teaching
关于传热效率
单位时间内通过某一截面积的 热量是一个无法直接测定的量， 我们设法将这个量转化为较容 易测量的量。为了维持一个恒 定的温度梯度分布，必须不断 地给高温侧铜板加热，热量通 过样品传到低温侧铜板，低温 侧铜板则将热量不断地向周围 环境散出。当加热速率、传热 速率与散热速率相等时，系统 就达到一个动态平衡，称之为 稳态、此时低温侧铜板的散热 速率就是样品内的传热速率。 这样、只要测量低温侧铜板在 稳态温度T2下散热的速率，也 就间接测量出了样品内的传热 速率
材料导热系数的测定课件
样品制备
01
02
03
样品选择
选择具有代表性的材料样 品，确保样品表面平整、 无瑕疵。
样品尺寸
将样品切割成规定尺寸的 试样块，以便于进行实验 操作。
表面处理
对样品表面进行清洁处理， 确保无灰尘、油脂等杂质 影响实验结果。
实验设备介绍
导热系数测定仪
用于测量材料的导热系数， 主要由加热器、散热器、 测量系统和控制系统组成。
启动实验设备，记录温度数据， 观察试样块的温度变化情况。
数据处理与分析
根据采集到的温度数据，计算 导热系数，并进行数据分析与
处理。
导热系数的测量原理
导热系数的基本定义
01
导热系数（或热传导系数）是描 述材料传导热量的能力，其值取 决于材料的热物理性质，如密度、 比热容和热传导率等。
02
导热系数是材料的重要参数，对 于研究和应用具有重要意义，特 别是在建筑、电子和食品等领域。
在一些要求隔热、保温的场合，如建筑保温材料、高温窑炉的隔热层等，应选择导 热系数较低的材料。
导热系数在保温隔热中的应用
导热系数是评价保温材料性能 的重要指标，较低的导热系数 可以有效降低热传导，提高保 温效果。
在建筑保温领域，聚苯乙烯、 矿棉、硅酸盐等材料的导热系 数较低，具有良好的保温效果。
高温窑炉的隔热层通常由耐火 材料构成，其导热系数较低， 可以有效减少热量损失。
技术创新 随着科技的发展，未来导热系数的测定将更加依赖于技术 创新，如发展更精确的测量设备和方法，以提高测量精度。
新材料的应用 随着新材料的不断涌现，对新材料导热性能的研究将更加 重要，测定新材料导热系数的技术也将得到进一步发展。
跨学科合作 导热系数的测定涉及到材料科学、物理学、化学等多个领 域，未来需要加强跨学科的合作和交流，共同推动导热系 数测定技术的发展。
导热系数的测定讲解
导热系数的测定导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。
因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以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。
测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。
本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。
测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。
【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【仪器简介】仪器的面板图上面板图下面板图加热温度的设定：①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。
②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。
③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。
仪器的连接连线图从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。
【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Z 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成：(S1-1)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）。
良导体导热系数测量实验
实验二良导体导热系数测量实验导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
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。
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。
本实验仪采用稳定流动法测量良导体(黄铜)的导热系数，测量原理是传统的，而测量方法是新颖的。
一、实验目的1．了解稳定流动法测定黄铜的导热系数基本原理，掌握其实验要点；2．了解液位控制器的控制原理及流速调节；3．测定黄铜样品热传导平稳时的四个温度值，用稳定流动法测定黄铜的导热系数。
二、实验仪器FD-CHM-A型良导体导热系数测量实验仪由实验仪主机箱（内含良导体黄铜样品、四个集成温度传感器、铂电阻温度传感器、电加热器、PID温控单元、液晶显示模块）及具有流速控制功能的水箱等组成。
图-1 良导体黄铜样品三、实验原理设有一粗细均匀的金属圆柱体，其一端为高温端，另一端为低温端，测定时热量将从高温端流向低温端。
高温端被加热一段时间之后，若圆柱体上各处的温度不变，而且向圆柱体侧面散失的热量也可以忽略时，则在相等的时间内，通过圆柱体各横截面的热量应该A B的热量多于通过相等，这种状态称为热量稳定流动状态。
如图1所示，假设通过截面11A B的热量，则在两个截面之间的一段圆柱体上就有热量的积聚，温度就要升高，既截面22然圆柱体上各处的温度不变，则说明通过各截面的热量必然相等。
图2 良导体导热系数测定的原理图通过圆柱体各横截面的热量在热量稳定流动状态下，在τ时间内，沿圆柱体各截面流过的热量Q按傅里叶热传导方程有12T T Q St l λ-= （1）（1）式中：S 为圆柱体横截面积，1T 、2T 为横截面11A B 、22A B 处的温度，l 为二截面间距离，比例系数λ即为被测材料的导热系数。
实验七、良导体导热系数测定
（7）用游标卡尺测待测样品B的厚度 hB ,直径 2RB，各测5 次；用分析天平测出C盘的质量m，测5次。 （8）根据式（5）求出待测样品的导热系数及其不确定度。 uc ( ) 计算过程如下：
hB 1 cm 2 t 1 2 RB 2
八、思考题 1. 本实验所用仪器和用具有哪些？如何操作仪器？操 作时应注意哪些问题？ 2. 分析本实验中各物理量的测量结果，哪一个对实验 误差影响较大？ 3. 比较稳态法和瞬态法测量导热系数的联系与区别。
谢 谢
五、实验原理
1. 导热系数 导热系数（又称热导率）是反映材料热性能的重要物 理量，当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温 处传递到低温处，这种现象被称为热传导, 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已晶格振动起主导 作用。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。
实验七、良导体导热系数测定
热传导是热量传播的基本方式，导热系数是描述 物质导热能力的物理量。不同的物质有不同的导热系 数。根据导热系数的大小，物质可分为良导体和不良 导体。
本实验要学习用动态法测量良导体热导率的方法。
实验七、良导体导热系数测定
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实验目的 实验内容 实验重点 实验仪器设备及材料 实验装置
[Q][h] [ ] [ S ][T ][ ]
Q t
故导热系数的单位 瓦特/(米 开尔文) .
[导热系数讲义]
![[导热系数讲义]](https://img.taocdn.com/s3/m/8f94d4390912a216147929f2.png)
注意：接地线必须接地！ 参考实验讲义二：热电偶温度计的定标
【实验目的】
1． 了解热电偶温度计。 2．对“铜—康铜”热电偶温度计定标。
【仪器描述】
1．图 2 是实验装置示意图 “铜-康铜”热电偶的一个接点（冷端）放在盛有冰 水混合物的保温杯中，使该接点维持在恒定的 0℃。另 一接点（热端）放在 A 盘小孔中。升温由它的加热器来 实现，当手动加热时，将控制方式置“手动” ，然后切 换加热控制开关。或将控制方式置“自动” ，然后由 PID 设定温度自动控制温度。 2. PID 控温(详见附录一) PID 智能温度控制器是一种高性能、高可靠性的智能型调节仪表，广泛应用于机械化工、轻工、冶金、石化、 热处理等行业的温度、流量、压力、液位等的自动控制系统。 3. 铜-康铜热电偶温度差为 100℃时，其温差电动势约 4.0mV，若精度要求不高，可直接用 20mV 数字电压表代替 UJ-36 型携带式直流电位差计。 UJ-36 型携带式直流电位差计的使用简述： 电位差计的工作原理是用滑线电阻上产生的已知压降来补偿热电偶产生的热电动势， 测量精度较高， 仪器使 用方法如下：
【实验内容】
1、量物体在室温 0～100℃多点的热导率，画出曲线。 2、测量不良导体的热导率。本仪器附橡皮、牛筋等样品供教学测试用。 3、测量金属的热导率。 （本仪器附有硬铝测试样品） 。 4、测量空气的热导率。
【测量装置结构】
测量装置样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘 P 和圆筒加热盘 A 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热导率时，均需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。
良导体热导率的测量
实验数据
方法一： 用打印机将T-t曲线簇打印下来。最好将计算机所用的 第二条至第七条曲线分别单独打印下来。从图中的彩 色正弦曲线中，挑选数条，分别为x1=0, x2=2, x3=4, x4=6, x5=10, x6=12 厘米处的T-t曲线 ，第一条 曲线 可 视为x0位置的曲线，可以取任意两组求出k值。也可用 6组数据求出5个k值取平均。方法：热波在样品中从 x=0的第一个测量点传到第i（I=1,2,3,4,5,6）各测量点 走过的距离△Li所需的时间为ti。设参考波上每一个周 期的长度为S,而每个测量点的T-t曲线上波峰到参考方 波前沿的距离为△Si, △Si可以由图求得。因而，从T-t 曲线上看有ti=(△Si/S)×T, T为参考方波的周期，从样 品上看有ti=△Li/V, V是热波在样品中传播的速度。所 以V=△LiS/T△Si, 将V代入公式有：.
由此可得热流方程: （dT/dt）=D(d2T/dx2 ) 其中D=K/cρ,称为热扩散系数。 该式得解将把各点得温度随时间得变化表示出来， 具体形式取决与边界条件。
若令热端的温度按时间间谐变化，即 T=To+Tmsinωt 令一端用冷水冷却，保持恒定低温To，则原式的解也就是 棒中各点的温度为：
即： V2=2（K/Cρ）ω 则： K=V2cρ/4πf= V2cρT/4π 其中f,T分别为热端温度按间谐变化的频率和周期
仪器结构方框图
实验步骤 （１）打开自来水源，从出水口观测并调节自来水的流量， 要求自来水流稳定。（已经打开，勿需调节．） （２）打开电源开关、主机进入工作状态。 （３）打开电脑，启动“热导率动态测量”程序。 （４）接通电源，在仪器操作面版上，选择“程控”工作模 式 。使其对应指示灯亮。 （５）在程序中，设置脉动热源周期为180秒。选择铜或铝 样品进行测量。一定要先测铜样品，后测铝样品。 （６）设置X，Y轴的单位坐标，X方向为时间，单位为秒； Y方向代表信号强度，单位为毫伏（与温度相对应）。 （７）在“选择测量点”栏中选择一个或某几个测量点。 （８）按“操作”栏的“测量”键，仪器开始测量工作，在 显示屏上渐渐划出T-t 曲线簇。上述步骤进行至少40-60分 钟系统稳定后，样品内温度也已经动态稳定，按“暂停” 键，打印出曲线簇。“平滑”功能尽量不用，防止失真。 （９）按顺序先关闭主机，再关闭电脑。（防止无水加热而 毁机）
(精编课件)导热系数的测定方法.ppt
Excellent courseware
【讨论】：
1．可表示为
t 推动力
Q R
热阻
推动力：t (t1 t2 )
热阻：R
δ
A
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例1-1 现有一厚度为240mm的砖壁，内壁温度 为600℃，外壁温度为150℃。试求通过每平方米 砖壁的热量。已知该温度范围内砖壁的平均导热 系数λ=0.6W/m·℃。
dx
分离变量后积分（设不随t而变）
t2 dt Q
δ
dx
t1
A 0
得
Q
A
δ
(t1
t2 )
Q
式中 Q ─热流量或传热速率，W或J/s；
q A δ (t1 t2 ) A ─平壁的面积，m2；
或
Q
(t1
t2 ) δ
δ ─平壁的厚度，m；
─平壁的导热系数，W/(m·℃) ；
A
t1,t2 ─平壁两侧的温度，℃。
?稳态法平板法热流计法瞬态热线法瞬态热线法瞬态平面热源法探针法激光法3法非稳态法导热系数的测量方法?非稳态法稳态法?球体法?实验仪器球壁导热仪适用材料燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数燥材料在不同填充密度下的导热系数?适用材料用于测定粉状颗粒状纤维状干用于测定粉状颗粒状纤维状干圆球法测定绝热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础
4.热电偶热端 8.调压器
Excellent courseware
1.将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹 层之中。
2.按图44-1安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。 检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4小时）。
【2017年整理】良导体导热系数测量实验
【2017年整理】良导体导热系数测量实验良导体导热系数测量实验一、实验目的1.学习和掌握导热系数的基本概念及测量原理。
2.通过实验操作，培养实验技能和实验数据处理能力。
3.了解良导体的导热性能，为实际工程应用提供参考。
二、实验原理导热系数（Thermal Conductivity）是描述物质导热性能的重要参数，其值取决于物质的材质、结构及温度等因素。
良导体通常具有较高的导热性能，导热系数较大。
本实验通过测量良导体的导热系数，了解其导热性能。
导热系数的测量方法有多种，本实验采用稳态法（Steady-state Method）进行测量。
稳态法基于热传导定律，公式如下：q = -k * A * (ΔT/L)其中：q 为热流量（W）。
k 为导热系数（W/(m·K)）。
A 为传热面积（m²）。
ΔT 为两端温度差（K）。
L 为材料厚度（m）。
在实验中，通过测量热流量 q、传热面积 A、两端温度差ΔT 和材料厚度L，即可计算出导热系数 k。
三、实验步骤1.准备实验器材：良导体样品（如铜、铝等）、加热装置、散热装置、温度传感器、数据采集器和实验数据处理软件。
2.将良导体样品加工成规则的长方体形状，保证样品厚度一致。
3.将温度传感器分别贴在良导体样品两侧，测量两端温度。
4.将良导体样品放置在加热装置与散热装置之间，确保传热面积 A 等于良导体样品的表面积。
5.打开加热装置，加热样品，同时启动数据采集器，记录温度数据。
6.记录加热装置的功率和散热装置的热阻，计算热流量 q。
7.根据测量的数据，计算导热系数 k。
将实验数据输入实验数据处理软件，得到导热系数结果。
8.分析实验结果，了解良导体的导热性能。
四、实验结果与分析1.实验数据记录表：记录加热装置的功率、散热装置的热阻、良导体样品两侧的温度以及计算出的热流量 q。
2.根据实验数据计算出的导热系数 k：k = q / (A * (ΔT/L))。
将计算结果与已知的良导体导热系数进行比较，判断该样品的导热性能是否良好。
良导体导热系数测量实验
实验二良导体导热系数测量实验导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
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。
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。
本实验仪采用稳定流动法测量良导体(黄铜)的导热系数，测量原理是传统的，而测量方法是新颖的。
一、实验目的1．了解稳定流动法测定黄铜的导热系数基本原理，掌握其实验要点；2．了解液位控制器的控制原理及流速调节；3．测定黄铜样品热传导平稳时的四个温度值，用稳定流动法测定黄铜的导热系数。
二、实验仪器FD-CHM-A型良导体导热系数测量实验仪由实验仪主机箱（内含良导体黄铜样品、四个集成温度传感器、铂电阻温度传感器、电加热器、PID温控单元、液晶显示模块）及具有流速控制功能的水箱等组成。
图-1 良导体黄铜样品三、实验原理设有一粗细均匀的金属圆柱体，其一端为高温端，另一端为低温端，测定时热量将从高温端流向低温端。
高温端被加热一段时间之后，若圆柱体上各处的温度不变，而且向圆柱体侧面散失的热量也可以忽略时，则在相等的时间内，通过圆柱体各横截面的热量应该相等，这种状态称为热量稳定流动状态。
如图1所示，假设通过截面11A B 的热量多于通过截面22A B 的热量，则在两个截面之间的一段圆柱体上就有热量的积聚，温度就要升高，既然圆柱体上各处的温度不变，则说明通过各截面的热量必然相等。
图2 良导体导热系数测定的原理图通过圆柱体各横截面的热量在热量稳定流动状态下，在τ时间内，沿圆柱体各截面流过的热量Q 按傅里叶热传导方程有12T T Q St l λ-= （1）（1）式中：S 为圆柱体横截面积，1T 、2T 为横截面11A B 、22A B 处的温度，l 为二截面间距离，比例系数λ即为被测材料的导热系数。
《导热系数测量》课件
定期校准设备
对测量设备进行定期校准和维护，确 保设备的性能指标满足测量要求。
提高操作技能
加强操作人员的培训和技能提升，提 高其对测量原理和操作技能的理解和 掌握程度。
06 导热系数测量的 最新进展与展望
导热系数测量的新技术
激光闪射法
利用激光脉冲在样品表面产生瞬态热 源，通过测量热扩散系数来计算导热 系数。该方法具有高精度、非接触和 非破坏性等优点。
VS
详细描述
激光法是一种新兴的导热系数测量方法， 利用激光技术对样品进行快速、非接触的 测量，通过分析样品的光学性质与导热系 数的相关性来计算导热系数。激光法具有 测量速度快、非接触等优点，但需要高精 度的光学仪器和复杂的数据处理技术。
03 导热系数的测量 仪器
稳态法测量仪器
稳态法测量仪器是导热系数测量的经典方法之一，其原理基于热传导的稳态特性。
瞬态法测量时间短，适用于快速测量，但对样品有一定损伤。
热线法测量仪器
1
热线法测量仪器利用金属丝作为热线，置于样品 中，通过测量热线上的电流和温度变化来计算导 热系数。
Байду номын сангаас
2
仪器主要包括热线、测温元件和电流源等部分， 通过测量热线上的电阻变化和温度变化，计算导 热系数。
3
热线法测量精度较高，适用于小样品和薄层样品 的测量。
激光法测量仪器
激光法测量仪器利用激光的热效应和光干涉等 技术来测量导热系数。
仪器通常包括激光器、光干涉仪和测温元件等 部分，通过将激光照射到样品表面并记录干涉 条纹的变化和温度变化，计算导热系数。
激光法测量精度高、非接触、无损，适用于各 种材料的测量，但对仪器的稳定性和精度要求 较高。
04 导热系数测量的 实验操作
良导体导热系数的测量实验报告
良导体导热系数的测量实验报告引言导热系数是描述材料传导热量能力的物理量，它的测量在工程和科学研究中具有重要意义。
本实验采用传统的稳态热传导法测量了不同材料的导热系数，并与理论值进行了比较。
通过本实验的结果，我们可以进一步了解不同材料的导热性能，为材料选择和热传导相关工程问题提供参考依据。
实验目的1.测量不同材料的导热系数。
2.比较测量值与理论值的差异。
3.分析导热系数与材料性质之间的关系。
实验原理传统的稳态热传导法是测量材料导热系数的常用方法之一。
实验中采用热传导仪器测量材料导热性能。
实验中使用的热传导仪器由两个热源之间的试样组成。
一个热源通过加热器加热，而另一个热源则通过水冷却。
试样被放置在两个热源之间，热量会从热源1传导到热源2，通过测量温度变化来计算导热系数。
根据热传导的能量守恒定律，可以得到以下公式：$$q = \\frac{kA(T_2-T_1)}{d}$$其中，q是单位时间内通过试样传导的热量，q是材料的导热系数，q是试样的面积，q1和q2分别是热源1和热源2的温度，q是试样的厚度。
实验材料和仪器材料1.铁板2.铝板3.纯铜板仪器1.热传导仪器2.温度计3.尺子实验步骤1.准备实验材料和仪器。
2.使用尺子测量试样的面积和厚度，并记录数据。
3.将试样放置在热传导仪器中，确保试样与热源接触良好。
4.打开热传导仪器，使其运行稳定。
5.使用温度计测量热源1和热源2的温度，并记录数据。
6.根据测量到的温度数据计算导热系数，并记录结果。
7.将测量结果与理论值进行比较，并进行分析。
实验数据及结果实验数据材料面积（m²）厚度（m）热源1温度（℃）热源2温度（℃）铁板0.20.0110050铝板0.20.0110050纯铜板0.20.0110050实验结果根据实验数据计算得到的导热系数如下表所示：材料导热系数（W/m·K）铁板58.8铝板205纯铜板401结果分析通过与理论值进行比较，可以发现实验结果与理论值存在一定差异。
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：
大学物理实验讲义(1.动态法测定良导体的热导率 2.热电偶温度特性测量 3.热敏电阻温度特性测量)PPT
3. 实验报告交纸质版和电子版，一周后交（下一个周三下午）。 纸质版：学生在哪个实验室上课，就将实验报告交至哪个房间中对应授
课教师名字的文件筐格子。 电子版：学生实验报告命名规则：实验名称-实验日期（2016XXX）-专
业-学生姓名.pdf； 邮件主题：实验日期-专业-学生姓名
4. 课后进行数据处理，推荐使用：Origin、Excel、Matlab、Mathematica等
【实验仪器】
实验装置接线图
实验2 热电偶温度特性测量
【实验仪器】
UJ36a型电位差计
实验2 热电偶温度特性测量
【实验步骤】
实验1 动态法测定良导体的热导率
1
实验目的
2
实验原理
3
实验仪器
4
实验步骤
5
数据处理
实验1 动态法测定良导体的热导率
【实验目的】
1、通过实验学会一种测量热导率的方法。 2、了解动态法测量热导率的特点和优越性。 3、认识热波，加强对波动理论的理解。
实验1 动态法测定良导体的热导率
【实验原理】
傅里叶定律：单位时间内通过物体的导热量与当地的温度变化率及 物体的截面积成正比。
实验1 动态法测定良导体的热导率
【实验步骤】
2.打开电源开关，主机进入工作状态 3. 仪器面板上选择“程控”测量方式，选择测量样品
实验六(a) 良导体导热系数的测定
实验六(a ) 良导体导热系数的测定实验目的 1．用稳态法测定铜的导热系数。
2．用稳流法测量传递的热量。
实验仪器导热系数测定器，温度计4支，水位器，蒸汽发生器，停表，游标卡尺，烧杯，天平等。
实验原理1．仪器构造 如图3－6a －1所示，被测量的铜金属棒AB ，两端分别固定于蒸汽箱C 和低温水箱（内有螺旋水管）D 中，AB 、C 、D 全部装在有绝热材料的铁皮箱中，以避免热量由AB 的侧面散失。
由C 箱上部通入蒸汽向A 端供热，B 端则由从D 箱E 口流入、F 口流出的冷水来吸热。
为了保持水流的稳定，水源经稳压水槽G 流入E 口，由于稳压水槽设置有溢流管子H ，当水流入G ，由水源来的多余的水可经过溢流管子排出，从而使水槽中水面维持在管口的高度，达到稳压的目的。
温度计T 4、T 3分别测量流出和流入D 的水流温度。
水流量的大小可由夹子I 来控制。
温度计T 1、T 2插在AB 金属圆柱体上，相距L 的两个小孔中，以测量该处的温度。
2．实验原理热传导是热量传播的方式之一，它是通过物体直接接触来传导热量的。
我们知道，热传导规律为t dxdT KS Q −= （3－6a －1） 式中dxdT 叫做温度梯度；Q 是t 时间通过横截面积为S 的物体传递的热量；负号表示热流指向x 减小的方向；常数K 称为导热系数，导热系数大的物体具有较好的导热性能，称为良导体。
导热系数小的物体则称为不良导体。
一般讲金属比非金属的导热系数大，固体比液体导热系数大，而气体导热系数最小。
如图3－6a －2所示，为一根长为L 、截面积为S 的金属棒，左端面的温度为T 1，右端面温度较低为T 2。
热量将从金属棒高温的一端传向低温的一端。
当金属棒的侧面热传递可以忽略时，热流则从左向右流过金属棒。
当金属棒内各点的温度沿传热方向均匀减小，且温度不随时间改变时，即达到稳定流动状态，称为“稳态”热流。
此时温度梯度LT T dx dT 12−=，把此公式代入（3－6a －1）式，得t LT T S K Q )(21−= （3－6a －2） 本实验用稳流法测量传递的热量。
良导体导热系数的测定(讲义)
实验六 良导体导热系数的测定热量传输有多种方式，热传导是热量传输的重要方式之一，也是热交换现象三种基本形式（传导、对流、辐射）中的一种。
导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，它不仅是评价材料热学特性的依据，也是材料在设计应用时的一个依据。
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。
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。
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。
因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的导热系数常用实验的方法测定。
测量导热系数的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。
本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测良导体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个稳定的温度分布后，用热电偶测出其温度，进而求出物质导热系数的方法。
一、实验目的1、掌握稳态法测良导体导热系数的方法,观察和认识传热现象与过程,理解傅里叶导热定律。
2、了解冷却速率、散热速率、导热速率的关系，用作图法求冷却速率，计算良导体的导热系数。
3、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法。
二、实验仪器YBF －2型导热系数测试仪，杜瓦瓶（保温杯），测试样品（硬铝）、塞尺、游标卡尺、物理天平。
三、实验原理1882年法国科学家傅立叶（J.Fourier ）建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅立叶热传导定律的基础之上．测量的方法可以分为两大类：稳态法和瞬态法，本实验采用的是稳态平板法测量良导体的导热系数。
良导体导热系数的测定
本科学生毕业论文（设计）题目良导体导热系数的测定学院物理与电子信息学院专业 2012 物理学学生姓名王雪佳学号 120801035指导教师金伟职称副教授论文字数 5470完成日期 2016 年 4 月 1 日论文题目良导体导热系数的测定学生姓名、学院：王雪佳、物理与电子信息学院中文摘要随着导热系数在工程技术方面的用途越来越广泛，物体的导热系数通常需要经过实验测试确定，本实验是采用稳态平板法测定物体的导热系数。
介绍了一种测量良导体导热系数的方法，该方法克服了热电偶测温方法的不足，采用数字温度传感器测温和控温技术测量，使实验误差减少，而实验操作变得更直观、方便。
关键词：稳态法；导热系数；散热速率；良导体英文题目Determination of the thermal conductivity of good conductor学生姓名、学院：Wang Xuejia The College of Physical and Electronic Information英文摘要As the coefficient of thermal conductivity USES more and more widely in engineering technology, the coefficient of thermal conductivity of objects usually need to be determined through experimental tests, this experiment is to use the steady-state plate method for determining the coefficient of thermal conductivity of the object. Introduces a kind of good conductor coefficient of thermal conductivity measurement, the method overcome the deficiency of the thermocouple temperature measurement method, using digital temperature sensor temperature test measured temperature control technology, reduce experiment error, and the experimental operation becomes more intuitive and convenient.英文关键词Steady-state method;Thermal Conductivity;Cooling rate;Good conductor目录引言---------------------------------------------------- 3 1实验装置和实验原理------------------------------------- 3 1.1 实验装置---------------------------------------------- 31.2 实验原理---------------------------------------------- 42 实验内容---------------------------------------------- 53.数据记录及处理---------------------------------------- 64.测量误差的主要来源及测量结果的影响要素-----------------75 注意事项----------------------------------------------13 6结论----------------------------------------------参考文献-------------------------------------------------13良导体导热系数的测定王雪佳，物理与电子信息学院摘要：随着导热系数在工程技术方面的用途越来越广泛，物体的导热系数通常需要经过实验测试确定，本实验是采用稳态平板法测定物体的导热系数。
10讲义(导热系数)
讲义一：导热系数的测定【实验目的】1、 感知热传导现象的物理过程；2、 学习用稳态法测量不良导体的导热系数；3、学习利用物体的散热速率测量传热速率。
【实验仪器及装置】FD-TC-B 型导热系数测定仪、游标卡尺及电子天平等 【实验原理】 1、傅立叶热传导方程傅立叶热传导方程正确的反映了材料内部的热传导的基本规律。
该方程式指出：在物体内部，垂直于热传导方向彼此相距B h ，温度分别是121θθθ（和>）2θ的两个平行平面之间，当平面的面积为S 时，在t δ时间内通过面积S 的热量Q δ满足关系：212124B B B Q S d t h h θθθθδλλπδ--== （1） 其tQ δδ为单位时间传过的热量（又称热流量），与λ为导热系数（又称热导率）、传热面积24B d S π=、距离B h 以及温差12θθ-有关。
而λ的物理意义为：相距单位长度的两个平面间的温度相差一个单位时，每秒通过单位面积的热量，单位为C m W 0//。
不良导体的导热系数一般很小，例如，矿渣棉为0.058，石棉板为0.12，松木为0.15～0.35，混凝土板为0.87，红砖为0.19，橡胶为0.22等。
良导体的导热系数通常比较大，约为不良导体的321010～倍，如铜为4.0×210。
以上各量单位是C m W 0//。
2、稳态温度和热流量的测量（1）稳态温度测量如图（二）所示，当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度21θθ和不变，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θθ加热铜盘待测样品 散热铜盘图（二）1θ2θB h速率相等。
因此可以通过散热盘P 在稳态温度2θ时的散热速率来求出通过样品传递的热流量tQδδ。
（2）热流量的测量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P 接触，使散热盘的温度上升高到其稳态2θ时的5℃以上，再移开加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，记录散热盘温度θ随时间t 的下降情况，便可求出散热盘在其稳态2θ处的冷却速率2θθθ=∆∆t ，则散热盘P 在2θ时的散热速率为：2θθθ=∆∆t mc（2）其中m 为散热盘P 的质量，c 为其比热容。
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实验六 良导体导热系数的测定热量传输有多种方式，热传导是热量传输的重要方式之一，也是热交换现象三种基本形式（传导、对流、辐射）中的一种。
导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，它不仅是评价材料热学特性的依据，也是材料在设计应用时的一个依据。
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。
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。
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。
因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的导热系数常用实验的方法测定。
测量导热系数的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。
本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测良导体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个稳定的温度分布后，用热电偶测出其温度，进而求出物质导热系数的方法。
一、实验目的1、掌握稳态法测良导体导热系数的方法,观察和认识传热现象与过程,理解傅里叶导热定律。
2、了解冷却速率、散热速率、导热速率的关系，用作图法求冷却速率，计算良导体的导热系数。
3、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法。
二、实验仪器YBF －2型导热系数测试仪，杜瓦瓶（保温杯），测试样品（硬铝）、塞尺、游标卡尺、物理天平。
三、实验原理1882年法国科学家傅立叶（J.Fourier ）建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅立叶热传导定律的基础之上．测量的方法可以分为两大类：稳态法和瞬态法，本实验采用的是稳态平板法测量良导体的导热系数。
当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导。
傅立叶指出，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 dxdTdt dQ λ-= （1） 式中dtdQ 为导热速率，dx dT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域传向低温区域，λ即为导热系数，它表示物体导热能力的大小，在SI 中λ的单位是11K m w --⋅⋅。
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）。
如图3所示，A 、C 是传热盘和散热盘，B 为样品盘，设样品盘厚度为B h ，半径为B R ，上、下表面的面积为2B B S R π=。
维持上下平面有稳定的温度21T T 和（侧面近似绝热），这时通过样品的导热速率为：21T T B BdQS dt h λ-=- （2） 由上式可得：()21T T BBdQ dt S h λ=∙- 在实验中，要降低侧面散热的影响，就要减小B h ，因为待测平板B 上下表面的温度21T T 和是用传热铜盘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盘B 与传热盘A 的底部和散热盘C 的上表面密切接触。
图３ 图４实验时，在稳定导热的条件下（21T T 和值恒定不变），可以认为通过待测样品B 盘的导热速率与铜盘C 向周围环境散热的速率相等。
因此可以通过测C 盘在稳定温度2T 附近的散热速率2T T dTdt=，得出样品的导热速率dtdQ。
在稳态时读取21T T 和之后，取走样品盘B ，让散热盘C 直接与传热盘A 的下表面接触，加热散热铜盘C ，使C 盘温度上升到比2T 高12℃左右，再移去传热盘A ，让铜盘C 通过外表面直接向环境散热（自然冷却），当C 盘温度降至比2T 高10℃时开始计时（计为min 00=t ），并读取此时C 盘温度0T （即2T ＋10℃）,以后每隔30秒测一次C 盘温度,直到温度比2T 低10℃为止，记下此时时间（计为t '）和C 盘温度T '（即2T -10℃），然后以时间为横坐标，以C 盘温度T 为纵坐标，做C 的冷却曲线如图4所示，取0T 和T '的中点,即2T ，找出对应的时刻2t ，过点（t 2, 2T ）作冷却曲线的切线，得出a T 、b t （如图），则此切线的斜率就是C 在2T 附近的冷却速率00a a b bT T T T dT dt t t t ''--==--，为负表示散热。
t/min20T 0Ｔ/℃ 2T T 'b a T 传热盘A 样品盘B散热盘C对于铜盘C ，有传热盘A 且稳态传热时，其散热的外表面积为C C C h R R ππ22+，移去传热盘A 后，C 盘的散热外表面积为()2222C C C C C C R R h R R h πππ+=+,考虑到物体的散热速率与它的散热面积成比例，设有A 盘时的散热速率为dt dQ，移去A 盘时的散热速率为dtdQ 1，则有： 11(2)22()2()C C C C C C C C C C R R h R h dQ dQ dQ dt R R h dt R h dtππ++==++（3） 式中C R 和C h 分别为C 盘的半径和厚度。
根据比热容的定义，对温度均匀的物体，有1dQ dTdt dtmc = (4) 对应铜盘C ，就有1C C dQ dTdt dtm c = （5） C m 和C C 分别为C 盘的质量和比热容，将（5）式代入（3）式中，有：22()C C C C C CR h dTR h dt dQ dtm c ++= （6）因为稳态时通过样品的导热速率等于C 盘的散热速率，比较式（6）和（2），便得出导热系数的公式：C C B C C 2B 12C C h (R 2h ) 2R ()()m c dTT T R h dtλπ+=-⋅-+ （7） m C 、C h 、B h 、C R 、B R 、T 1和T 2都可以由实验测量出准确值，C C 为已知常数，且C C =0.385J/(g﹒℃)，因此，只要求出dtdT，就可求出导热系数λ。
四、实验内容及要求1、用游标卡尺、物理天平测量样品、下铜盘的几何尺寸和质量，多次测量取平均值。
2、先放置好待测样品及下铜盘（散热盘），在其接触面上涂抹适量硅脂，调节下圆盘托架上的三个微调螺丝，使待测样品与上、下铜盘接触良好。
安置圆筒、圆盘时须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶在同一侧。
两个热电偶的一端分别插入测试样品上、下的小孔时，要抹些硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与测试样品接触良好，热电偶冷端插在杜瓦瓶中的冰水混合物中。
3、建立稳恒态，测T 1、T 2值：根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长时间，为了提高效率，可先将电源电压打到“高”档，几分钟后V 1=4.00mv 即可将开关拨到“低”档，通过手动或自动调节电热板电压“高”、“低”及“断”电档，使V 1读数在±0.03mv 范围内，同时每隔30秒读V 2的数值，如果在2分钟内样品下表面温度V 2示值不变，即可认为已达到稳定状态。
记录稳态时与V 1，V 2对应的T 1，T 2值。
每隔30秒记一次，记录5分钟。
T附近的冷却速率：4、测C盘在2移去样品，继续对下铜盘加热，当下铜盘温度比T2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘所有表面均暴露于空气中，使下铜盘自然冷却，每隔30秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直到温度下降到T2以下10℃。
作铜盘的T—t冷却速率曲线，选取邻近T2的测量数据来求出冷却速率。
5、根据（7）式计算样品的导热系数λ。
五、注意事项1、使用前将加热盘与散热盘的表面擦干净，样品两端面擦净，可涂上少量硅油，以保证接触良好。
2、加热盘侧面和散热盘侧面，都有供安插热电偶的小孔，安放加热盘和散热盘时此二小孔都应与杜瓦瓶在同一侧，以免线路错乱，热电偶插入小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，以保证接触良好，热电偶冷端浸于冰水混合物中。
3、实验过程中，如若移开加热盘，应先关闭电源，移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。
4、不要使样品两端划伤，以免影响实验的精度。
5、数字电压表出现不稳定或加热时数值不变化，应先检查热电偶及各个环节的接触是否良好。
6、使用热电偶测温时，区分好“测1”、“测2”是测量哪个盘的温度的。
六、数据记录与处理1、数据记录：实验室已知数据：铜板：质量m= g 直径d= cm 厚度h= cm 比热容C=3.805×102J/kg●℃待测样品：直径d= cm 厚度h= cm实验测量数据：（1）数据记录时间间隔为30s（2）散热速率2、数据处理V 1 = mvV 2 = mv查表可知：T1 =（）℃T2 =（）℃因为散热的速率dtdT成一次线形关系，在图上取符合图解规定的两点 X 1(t m ，T m ) ，X 2 (t n ，T n ) 所以散热的速率为dtdT=（T n - T m ）/（t n - t m ）= -( ) 代入公式：C C B C C 2B 12C C h (R 2h ) 2R ()()m c dT T T R h dtλπ+=-⋅-+=( )11K m w --⋅⋅ 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T 2附近选值？如何计算冷却速率？3、试分析实验中产生误差的主要因素，并说明导热系数可能偏小的原因。
4、导热系数的物理意义是什么？它的量纲怎样表示？5、实验时如何判断导热已处于稳定状态？YBF-2型导热系数测定仪。