稳态法测量固体导热系数

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稳态法导热系数实验报告

稳态法导热系数实验报告稳态法导热系数实验报告引言导热系数是材料传导热量的能力，对于热工学和材料科学研究具有重要意义。

稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，通过实验测量材料的温度分布和热流量，可以得到导热系数的数值。

本实验旨在通过稳态法测量导热系数，探究不同材料的导热性能。

实验装置本实验使用的实验装置主要包括一个导热试样，两个温度计和一个加热电源。

导热试样是一个长方形的金属块，具有一定的厚度和面积。

温度计用于测量导热试样的两侧温度差，加热电源用于提供稳定的加热功率。

实验步骤1. 将导热试样放置在水平台上，并确保其两侧与温度计接触良好。

2. 将一个温度计放置在导热试样的一侧，作为加热侧的温度计。

3. 将另一个温度计放置在导热试样的另一侧，作为冷却侧的温度计。

4. 打开加热电源，设置合适的加热功率，待系统达到稳定状态。

5. 记录加热侧和冷却侧的温度，并计算温度差。

6. 根据导热试样的尺寸和温度差，计算导热系数。

实验结果与分析通过实验测量得到的温度差和导热试样的尺寸，可以计算出导热系数。

实验结果显示，不同材料的导热系数存在较大差异。

导热系数较大的材料具有较好的导热性能，而导热系数较小的材料则导热性能较差。

实验结果的差异可以归因于材料的结构和性质。

晶体结构较为紧密的材料通常具有较高的导热系数，因为结构紧密可以提高原子之间的热传导效率。

而材料中存在的缺陷和杂质会降低导热系数，因为它们会散射热传导的能量。

导热系数的测量对于材料的研究和应用具有重要意义。

在工程领域，了解材料的导热性能可以帮助工程师选择合适的材料，以提高设备的散热效果。

在材料科学领域，通过测量导热系数可以评估材料的热传导性能，进而优化材料的设计和合成。

实验误差的分析在实验过程中，存在一些误差可能会对测量结果产生影响。

首先，温度计的精度和灵敏度会对测量结果产生影响。

如果温度计的精度较低或者灵敏度不够高，可能会导致温度测量的误差。

其次，导热试样的制备和安装也会对测量结果产生影响。

稳态法测算导热系数的原理

稳态法测算导热系数的原理
稳态法是一种常用的测算导热系数（也称热传导系数）的方法，其原理基于热传导定律和热平衡原理。

根据热传导定律，热量的传导速率与物体的导热系数、传热面积和温度梯度有关。

导热系数是物质本身的特性，可以通过测量来确定。

在稳态法中，我们需要测量导热系数的样品处于稳态状态，即温度分布不随时间而变化。

这可以通过采用两个恒温源（通常称为热源和冷源），在样品两端分别提供稳定的温度，并保持温度恒定。

这样，在稳态的情况下，温度梯度将会稳定下来。

接下来，我们在样品上测量温度梯度。

通常会在样品的两侧放置多个温度传感器，并记录下每个传感器的温度值。

通过这些温度值的差异，我们可以计算出样品内的温度梯度。

最后，将测得的温度梯度、传热面积和已知的热流量（由热源提供的热量）代入热传导定律中，可以计算出导热系数。

稳态法测算导热系数的原理即基于热传导定律，在稳态状态下通过测量温度梯度和已知参数计算导热系数。

稳态法测量固体导热系数

t 2 20
（3）
式(3)中M 是散热紫铜盘的质量，C 是其比热。C 385.0J /(kg0C)
这样，只要测出散热铜盘的冷却速率
，就
t 2 20
可以联立（1）、（2）及（3）式而得出导热系数λ，但
是，当散热铜盘处在稳定系统中时，其冷却速率不方便测
量，必须将它独立放在空气中才可以测量，这时相应的冷
附录物体的冷却速率
物体的散热（或冷却）遵守牛顿冷却定律，冷却的快慢用冷却速率来表示，冷却的快慢与物体及环境间的温差、物体的散热面积、冷却介质、传热方式（热传导、热对流以及热辐射）等因素有关，冷却曲线在温度范围不太大时，局部可以用线性关系近似。
a bt
0
0
t
散热盘冷却曲线
所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。
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。非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导
定量描述物体导热性能的物理量是导热系数，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。
导热系数是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉及这个参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。所以，导热系数的研究和测定有着重要的实际意义。在科学实验和工程设计中，
七、注意事项
1．实验操作过程中，要注意防止高温烫伤； 2．测温传感器插入小孔时抹些硅油，并插到孔洞底部，使之保证良好接触； 3．实验前，要标定一下两测温传感器，若不一致，要进行修正； 4．用稳态法测量导热系数时，要使温度稳定下来，约要半个小时左右。待θ2的数值在数分钟内不变时，即可认为已达到稳定状态。（由于控温精度有限， θ1、θ2 的读数可能会出现波动） 5 ．测量稳态温度和散热速率过程中，要注意保持一样的环境条件。 6.实验之后，整理好仪器设备，做好清洁卫生。

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验目的本实验旨在通过准稳态法来测量介质的导热系数和比热。

实验原理介质热传导定律可以表示为:$\frac{dQ}{dt}=-kA\frac{dT}{dx}$其中$dQ$表示通过横截面$A$传导的热量、$dT/dx$表示温度梯度，$k$表示介质的导热系数。

考虑一根长为$L$、半径为$r$的柱形介质，将其放置在恒定温度$T_1$的热源上，使其与热源建立稳定热流，由于介质与外界的热交换可能会影响温度场的分布，但如果用温度计沿柱形介质的径向测量，可以保证温度场分布近似于径向对称的形态。

当恒定稳态建立后，热传导方程的解析解可以表示为:$T(r)=T_1+\frac{dQ}{2\pi kL}ln{\frac{r}{r_0}}$其中$r_0$表示温度计的距离。

同时根据恒定稳态条件，热流向是恒定的，可以通过测量温度差得到热流，即:$q=-k\frac{A}{\Delta x}(T_2-T_1)$其中$A$表示圆柱体的横截面积，$\Delta x$表示$\Delta T$的距离。

结合以上两式，可以得到介质的导热系数$k$为:$k=\frac{qd}{2\pi T_1 L ln{\frac{r_2}{r_1}}}$其中$d$为材料的直径，$T_1$为热源的温度，$r_1$和$r_2$为温度计的测量位置。

而比热则是通过热平衡条件给出的:$q_1t_1=q_2t_2$其中$q$为热流，$t$为温度，1和2表示两个状态。

在本实验中，温度上升了$\Delta T$，热流在某一时间间隔$t$内对介质的热量为$q=mC_p\Delta T$，其中$m$为穿过某一截面的质量，$C_p$为比热容。

因此可以得到比热:$C_p=\frac{q}{m\Delta T}$实验步骤1.准备材料：圆柱形样品和两台K型热电偶。

2.组装实验装置：将圆柱形样品嵌入加热炉中，将热电偶分别穿过样品并与数据采集仪相连。

稳态法测固体导热系数的测量

固体导热系数的测量Measurement of thermalconductivity of solid摘要：导热系数是表征物质热传导性质的物理量，对保温材料要求其导热系数尽量小，对散热材料要求其导热系数尽量大。

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，另一类为动态法。

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，例如按周期性变化等。

Abstract:Material thermal conductivity is characterized by physical properties of thermal conductivity of insulation material requirements of its thermal conductivity as small as possible, on the cooling requirements of its thermal conductivity material as large as possible.Method of measuring thermal conductivity of more, but the basic method can be grouped into two categories: one is the steady state, and the other for the dynamic method.Steady-state method, first with the heat source to heat the test sample and the sample to form a stable internal temperature distribution, and then measured in the dynamic method, the temperature distribution in the sample is changing with time, for example, by cycle of change.关键词：物质热传导性质稳态法温度分布Key words: material properties of steady state heat conduction temperature distribution引言：测量导热系数的方法比较多，可以归纳为两类基本的方法，一类是稳态法，另一类为动态法。

东北大学稳态法测固体的导热系数详细过程

（1）实验准备中首先是实验报告，这次的实验记录的表格，书中并没有给出，所以我们需要自己画表格，需要画的表格一共三个，一个是求稳态时T1、T2的表格，第二个是算待测物厚度h 的表格，最后一个是求散热时T2-t的关系的表格。

下铜盘直径D、下铜盘厚度δ、下铜盘质量m都不需要测量。

第一个表格的话画10~11列左右就够用了，其实也可以再少点，以防万一可以多画2、3列，表一是个3行11列（这个列数可以自由调整）左右的表格。

待测物厚度要测量三次最后取平均值，所以需要画2行4列。

表三的话要多画一些，数据还是不少的，地方不够可以另起一行接着画，最后我测得了14个数据，所以一般数据15列（加表头一共16列）比较保险。

三个表具体怎么画在学长们的报告里都有，参考一下就可以了。

其他的没什么可说，接下来进入实验吧。

（2）实验开始啦实验台，中间偏左的仪器即为YBF-2型导热系数测试仪。

接下来是各个角度的图片面板（开启前）面板（开启后）测试仪上半部分仪器上半部分（后部）仪器后部，左边的按钮是电源开关冰水混合物，温度在0˚C左右，一个人拿一个铜盘及待测物首先打开仪器后部的电源开关，可以看到仪器面板上有示数，此时先检查一下第三个面板下半部分的黄字是否是50.0（如之前的图所示），然后检查一下面板上“控制方式”的那个开关是否为“自动”，最后检查一下风扇是否打开，若打开则可以听到风扇的声音，将其关闭，整个实验用不到风扇。

使上、下铜盘与待测物紧密接触，待测物的半径与铜盘半径基本相同，所以要使其严密对齐，水平方向看去不要有明显的缝隙，若有缝隙则可以通过调节下铜盘下方的三个螺丝，使其严密接触。

连线，面板左侧一共有两根线，每根线上伸出了两个接头黑色接头伸入冰水混合物中，蓝色接头伸入上、下铜盘的小孔中：接好以后就准备读数了线路接好后旋转上图中的旋钮，旋至I时显示的是上面的线两端的电势差，旋至II 时显示的则是下面的线两端的电势差，所以一般来说I线接上铜盘，II线接下铜盘。

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验报告：
本实验组进行了一系列实验，目的是测量介质的导热系数和比热。

为此，我们采用了准稳态法（Steady-State Method），通过测量系统的热流，温度和物理量来评估介质的热特性。

实验装置由两个金属块构成，它们之间以一定宽度填充介质。

两个金属块用热电偶连接，控制机械温度。

一个块由常温水浴恒温，使另一块保持稳定的温度，以产生恒定的热流。

然后，通过特殊测量仪器读取温度差。

通过改变被测物质的厚度，实验运行三次，同时测量温度。

在改变热流情况下，记录温度差随热导率的变化情况。

根据所得温度与热导率的关系，用分析技术计算出介质的导热系数和比热。

实验运行时，实验装置保持在常温水浴中，当热偶发出热量时，两个金属块之间的温差增大，测量装置会自动调整两个金属块的温度，以保持恒定的热流输出。

本实验的结果显示，随着介质的厚度的增加，介质的导热系数和比热值也随之增加。

未来，我们可以改进实验装置，看看它们是否可以产生更精确的结果。

实验讲义稳态法测固体的导热系数

稳态法测固体的导热系数热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是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。

在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。

数学表达式为：T grad q λ-=此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是11K m W --∙∙ 。

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。

因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。

在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。

测量导热系数的方法很多，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。

测量方法可以分为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。

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。

稳态法测导热系数实验报告

稳态法测导热系数实验报告稳态法测导热系数实验报告一、引言导热系数是描述材料导热性能的重要物理量，对于研究材料的热传导特性具有重要意义。

稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，通过测量材料在稳定状态下的温度分布和热流量，可以准确计算出导热系数。

二、实验原理稳态法测导热系数的原理基于热传导定律，即热流量与温度梯度成正比。

在实验中，我们使用一个导热材料样品，将其两侧分别加热和冷却，使其达到稳态状态。

通过测量加热侧和冷却侧的温度差以及施加的热流量，可以计算出导热系数。

三、实验装置实验所使用的装置主要包括导热材料样品、热源、冷源、温度传感器和热流量计。

热源和冷源可以是电加热器和冷却水，温度传感器可以是热电偶或者红外测温仪，热流量计可以是热电偶流量计或热平衡法流量计。

四、实验步骤1. 将导热材料样品放置在实验装置中，确保其两侧与热源和冷源接触良好。

2. 施加适当的热流量，保持稳定状态。

3. 使用温度传感器测量加热侧和冷却侧的温度，并记录下来。

4. 根据测得的温度差和施加的热流量，计算出导热系数。

五、实验注意事项1. 确保实验装置的稳定性，避免外界因素对实验结果的影响。

2. 保证导热材料样品的两侧与热源和冷源接触良好，以确保热流量的均匀传导。

3. 使用准确的温度传感器进行测量，并注意测量时的环境温度和湿度。

4. 在进行计算时，要考虑到实验装置的热损失和其他误差。

六、实验结果与讨论根据实验数据计算得到的导热系数可以用于研究材料的热传导性能。

通过对不同材料进行实验测量，可以比较不同材料的导热性能差异，为材料的选择和应用提供参考。

七、实验的局限性与改进方法稳态法测导热系数的实验方法虽然简单易行，但也存在一定的局限性。

例如，在实验过程中可能会受到环境温度和湿度的影响，需要进行相应的修正。

此外，实验装置的热损失和传感器的精度也会对实验结果产生一定的影响。

为了提高实验的准确性和可靠性，可以采取一些改进方法。

例如，在实验过程中可以控制环境温度和湿度，减小外界因素对实验结果的干扰。

稳态法测固体的导热系数

稳态法是先用热源对待测样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。
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。
测试仪表
测试架
测试仪表
PID智能温度控制器
设定温度
• 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。
实验目的
1．了解热传导现象的物理过程。 2．了解物体散热速率和传热速率的关系。 3．学会用铂电阻型传感器测定温度。 4．学习一种测量材料导热系数的实验方法。
实验原理
热传导达到稳定状态时根据傅里叶热传导定律有：
Q
• S • (T1 T2 ) （1）
t B稳态
hB
导热系数实验装置示意图
稳态时:传入的热量等于散出的热量样品盘B的传热速率等于散热盘C的散热速率
Q
Q
（2）
t B稳态 t C散热
物体的散热速率与冷却速率之间的关系
Q
mc T
t C散热
t
（3）
单独测量
m 是散热黄铜的质量，c 是黄铜的比热容。

实验3.05 固体的导热系数的测定

3.5 固体的导热系数的测定【实验简介】导热系数是反映物体导热性能的一个物理量，它不仅是评价材料热学性能的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、电冰箱及锅炉制造等工程技术中都要涉及这个参数。

由于导热系数随物质成分、结构及所处环境的不同而变化，所以确定导热系数的主要途径是用实验的方法。

测定导热系数的方法很多，但可归纳为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。

稳态法即先用热源对试样加热，并在样品内形成稳定温度分布，然后进行测量；在动态法中，待测样品内的温度随时间而变化。

由于稳态法原理简单，操作容易，本实验采用稳态法测量固体的导热系数。

【实验目的】1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。

2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。

3.学会用作图法处理数据。

【预习思考题】1.本实验用稳态法平板法测物体的导热系数要求样品处于一维稳态热传导，什么是一维稳态热传导，实验中如何保证？2.如何测散热盘在温度为T 3时的冷却速率？3.如何利用热电偶测温？【实验仪器】YBF-2型导热系数测定仪，保温杯，游标卡尺，橡皮样品，硬铝样品，绝热圆环。

【实验原理】1.导热系数当物体内部温度不均匀时，就会有热量自发地从高温部分向低温部分传递，在物体内部会发生热传导现象。

设在物体内部Z =Z 0处沿垂直于热量传递方向截取一截面ds ，由热传导定律可知，在时间dt 内通过截面ds 传递的热量为Z dT dQ dsdt dz λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (3.5.1)式中0Z dT dz ⎛⎫ ⎪⎝⎭表示在Z =Z 0处的温度梯度，λ为物体的导热系数，或称热导率，它表示在单位温度梯度影响下，单位时间内通过垂直于热量传递方向单位面积的热量，是表征物体导热性能大小的物理量，单位为W/(m·K)。

导热系数的大小与物质的结构、成分以及所处环境温度有关。

不同材料具有不同的导热系数，根据导热系数的大小，将固体材料划分为热的良导体和热的不良导体，导热系数大的物体称为热的良导体，导热系数小的物体称为热的不良导体。

导热系数测试原理

导热系数测试原理导热系数是衡量物质导热性能的重要参数，其测试原理有多种。

本文将对其中常见的几种测试原理进行介绍，包括稳态法、非稳态法、热线法、保护热流法和瞬态热平面法。

一、稳态法稳态法是最经典的导热系数测试方法，其原理基于热传导的稳态条件。

在该条件下，物体的温度分布达到稳定状态，不再随时间变化。

测试时，将样品置于两个平行的加热元件之间，通过加热元件对样品进行加热。

当热量在样品内部传导达到稳态时，测量加热元件的温差和传热面积，并根据傅里叶定律计算导热系数。

稳态法的优点是原理简单、准确度高，适用于各种材料的导热系数测试。

二、非稳态法非稳态法与稳态法不同，其基于热传导的非稳态条件。

在非稳态条件下，物体的温度分布随时间变化。

非稳态法测试时，通过对样品进行快速加热或冷却，使样品内部的温度分布处于动态变化状态。

通过测量样品内部的温度随时间的变化规律，并根据相关公式计算导热系数。

非稳态法的优点是测试时间短、对样品尺寸要求低，适用于某些难以达到稳态条件的材料。

三、热线法热线法是一种特殊的导热系数测试方法，其原理基于一维导热模型。

测试时，将一根细长的热线（通常是镍或铂）置于待测样品中，并对其通电加热。

热线与样品之间发生热交换，导致热线温度发生变化。

通过测量热线的电阻变化和加热电流，结合热线的几何尺寸和材料属性，可以计算出待测样品的导热系数。

热线法的优点是测试精度高、对样品尺寸要求低，适用于薄膜和纤维等细小样品的导热系数测试。

四、保护热流法保护热流法是一种适用于测量松散颗粒材料导热系数的测试方法。

其原理是将待测样品填充在一个容器中，并在容器的底部放置加热元件。

通过测量加热元件的温差和传热面积，结合传热方程和已知的热物性参数（如颗粒密度和比热容），可以计算出样品的导热系数。

保护热流法的优点是可以测量松散颗粒材料的导热系数，且测试操作相对简单。

五、瞬态热平面法瞬态热平面法是一种利用激光脉冲瞬时加热样品的导热系数测试方法。

稳态法测量物体的导热系数讲义

稳态法测量物体的导热系数讲义导热系数是指单位时间内单位面积的热量通过一个厚度为1米的物体，并且该物体的两侧温度差为1K时，热量传导所发生的速率。

导热系数是物体传热性质的一个重要参数，是表征物体对热量传递的抵抗程度的指标。

常见的测量导热系数的方法有两种：稳态法和瞬态法。

稳态法是指在一定的温度差下测量物体的稳态热流密度，通过测量物体的热流密度、温度差和物体的厚度等参数计算得到物体的导热系数。

稳态法主要适用于导热系数相对稳定、厚度较大的材料，如纤维板、保温材料等各种隔热材料。

测量物体导热系数的仪器主要有两部分组成：热流仪和温度测量仪。

热流仪根据热传导原理，通过一组绝热屏障将试样的一侧保持恒定温度，另一侧得到一定的热流密度。

热流仪要求在保持一定的温度差下，使试样表面温度与环境温度之间的温度差足够小，以保证得到的热流密度稳定可靠，同时试样表面的辐射热损失要被控制在较小范围内。

温度测量仪通常选择高精度的热电偶，通过将热电偶嵌入试样内部，得到试样不同位置的温度分布情况。

为了保证测量准确性，热电偶的校正和补偿工作必须遵循严格的操作流程和规范。

测量物体导热系数的关键在于对样品的处理和操作过程的严格控制。

以下是基本的测量流程：1.准备样品：样品的尺寸和形状必须符合要求，保证试样表面平整，材质的导热系数必须呈线性变化，不存在孔洞等质量问题。

2.安装样品：用夹具牢固地固定好试样，并在试样的两侧，放置好热流仪和温度测量仪，保证测量精度和准确性。

3.开始测量：设定好温度差和其他参数，系统开始工作，记录试样表面和内部的温度值，对测量过程进行严格的控制和监测。

4.计算导热系数：根据测得的热流密度、温度差和试样厚度等参数，计算试样的导热系数。

根据上述基本流程，可以得到一个简单的稳态法测量物体导热系数的模型。

模型中涉及到的参量有：热流密度、试样厚度、温度差、试样长度和试样面积等。

利用计算公式，可以将这些参量结合起来，得出试样的导热系数。

用准稳态法测介质的导热系数和比热OK

补2 用准稳态法测介质的导热系数和比热热传导是热传递三种基本方式之一。

导热系数定义为单位温度梯度下每单位时间内由单位面积传递的热量，单位为W / (m · K)。

它表征物体导热能力的大小。

比热是单位质量物质的热容量。

单位质量的某种物质，在温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的比热,单位为J/（kg ·K ）。

测量导热系数和比热通常都用稳态法，使用稳态法要求温度和热流量均要稳定，但在实际操作中要实现这样的条件比较困难，因而会导致测量的重复性、稳定性、一致性较差，误差也较大。

为了克服稳态法测量的这些弊端，本实验使用了一种新的测量方法——准稳态法，使用准稳态法只要求温差恒定和温升速率恒定，而不必通过长时间的加热达到稳态，就可以通过简单的计算得到导热系数和比热。

【实验目的】1. 了解准稳态法测量导热系数和比热的原理；2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法；3. 用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热。

【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪2.实验装置一个，实验样品两套（橡胶和有机玻璃，每套四块），加热板两块，热电偶两只，导线若干，保温杯一个【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，初始温度为，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度，则平板各处的温度),(τx t 将随加热时间而变化。

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 xR t x x t a x t c τλττττ 式中c a ρλ/=，为材料的导热系数，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 ex Rn 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。

稳态法测定导热系数实验报告

稳态法测定导热系数实验报告实验名称：稳态法测量不良导体的导热系数实验目的：1.掌握用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数；2.学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。

实验仪器：FD－TC－B导热系数测定仪，游标卡尺实验原理：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根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：（1）式中为样品的导热系数。

为样品的厚度，S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：（2）当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度和不变，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向周围环境散热量相等，因此可以通过散热盘P在稳定温度时的散热速率来求出热流量实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度和后，将样品B抽去，让加热盘C与散热盘P接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值20℃或者20℃以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间t的下降情况，求出散热盘在时的冷却速率则散热盘P在时的散热速率为：（3）其中m为散热盘P的质量，c为其比热容。

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：（4）其中为散热盘P的半径。

为其厚度。

由(2)式和(4)式可得：（5）所以样品的导热系数为：（6）实验仪器实验内容(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。

固体导热系数的测定实验报告

学生物理实验报告实验名称固体导热系数的测定学院专业班级报告人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期1.数字毫伏表一般量程为20mV。

3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。

2.导热系数测量仪一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，散热盘参数傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。

他指出，当物体的内部有温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。

如果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此相距为h 的两个平面，其面积元为D ，温度分别为21T T 和，则有dtdQ =–dS dx dTλ式中dtdQ 为导热速率，dx dT 为与面积元dS 相垂直方向的温度梯度，“—”表示热量由高温区域传向低温区域，λ即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为W/(m ·K )，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。

如图所示，A 、C 是传热盘和散热盘，B 为样品盘，设样品盘的厚度为B h ,上下表面的面积各为B S =2B R π，维持上下表面有稳定的温度21T T 和，这时通过样品的导热速率为dtdQ=–B B S h T T 21-λ 在稳定导热条件下（21T T 和值恒定不变）可以认为：通过待测样品B 的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则冰水混合物电源输入调零数字电压表FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表T 2T 1220V110V导热系数测定仪测1测1 测2测2 表风扇AB C图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图。

指导书稳态法测固体导热系数.doc

稳态法测固体导热系数【实验目的】1、了解热传导的物理过程和热电偶的工作原理；2、掌握稳态法的测最条件和稳态法测导热系数的原理;3、用稳态法测定出不良导热体的导热系数。

【实验仪器】导热系数测定仪，如图1所示。

防尘罩图1导热系数测定仪【实验原理】根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此I'可相距为力、温度分别为7；、T2 的平行平面（设T'f若平面血积均为S,在&时间内通过面积S的热最满足下述表达式：越*・s•旦型（1）A/ h式•!' —为热流量，2即为该物质的热导率（乂称作导热系数），2在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是Z。

实验仪器如图1所示，在支架上先放上圆铜盘在卩的上而放上待测样品B （圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘/放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，山于/、P盘都⑺一厂2)ha•兀(2) 察其温度T随时间，变化情况，然后由此求出铜盘在邓冷却速率鈴“\T\tAr ArTT• R]y+2TI• R p• h pF Q TT・R；+27r・Rp・hp)(3) T=T.1(2 心+2 你)•(?；_ 笃)二•爲(4)是良导体，其温度即可以代表3盘上、下表面的温度斤、T? , 7\、7；分别由插入力、户盘边缘小孔热电偶E 来测量。

热电偶的冷端已设计了冰点温度补偿，不必再用杜瓦瓶及冰水混介物。

由式(9-1)可知，单位时间内通过待测样品B任一圆截血的热流量为：式屮心为样品的半径，心为样品的厚度，当热传导达到稳定状态吋，G 和3的值不变，于是通过B盘I：表面的热流量与由铜盘尸向周围环境散热的速率相等，因此，町通过铜盘尸在稳定温度笃时的散热速率來求出热流量詈。

实验中，在读得稳定时的幷和3后，即可将/盘移去，而使盘/的底面与铜盘P直接接触。

当盘卩的温度上升到髙于稳定吋的笃值若T摄氏度后，再将圆盘/移开，让铜盘戶自然冷却。

稳态法测量导热系数

稳态法测量导热系数稳态法是一种测量材料导热系数的技术，也称为稳态传热法。

该技术被广泛应用于建筑、机械、化学等领域中，用于评估材料的热性能。

本文将介绍稳态法的工作原理、实验流程、数据处理和误差分析。

一、工作原理稳态法是一种基于傅立叶热传导定律的测量方法，该定律表明了稳态下的热流密度与物质导热系数、温度梯度和厚度之间的关系：q = -k × (ΔT/Δx)其中，q是单位时间内通过单位面积的热流密度，k是材料的导热系数，ΔT是单位长度上的温差，单位为摄氏度（℃），Δx是热传导的距离，单位为米（m）。

根据该定律，可以通过测量热流密度、温差和材料厚度来计算其导热系数。

稳态法的基本思路是，将待测材料夹在两个恒温热源之间，并使其达到稳态，即等温状态，此时热流密度是恒定的。

测量热源间的温度差和材料的厚度，就可以计算材料的导热系数。

二、实验流程1.实验器材准备将待测材料进行样品制备并加工好待使用，要求样品的厚度均匀、表面平整，确保实验过程中的稳态传热。

2.实验条件设定设定多个恒温热源，取出两个热源，一个设为高温热源，一个设为低温热源，通过加热或冷却的方式控制两个热源的温度差。

在放置样品之前，需记录热源间的温度差，以便于测量过程中的误差分析。

3.样品夹持将待测材料夹在两个热源之间的夹具中，夹具要求对样品进行有效的压紧，以确保样品的良好传热。

4.数据采集在待测试材料表面的两个端面处，用热电偶测量在不同恒温热源下的温度差。

在接受到热流量的过程中，用热流量计量仪测量热流量，确保精准测量热传导过程中的热速度。

5.数据处理通过采集的数据，按照傅立叶热传导定律计算出待测材料的导热系数，得到实验值。

在获得实验值之后，进行误差分析，验证实验本身的准确性。

三、误差分析稳态法的精度受多种因素影响，包括：温度的精度、压力的影响、厚度的均匀性、试样几何形状、热流密度的均匀性等。

对于建筑材料的稳态法，误差来源相较于机械、化学领域有所不同。

固体导热系数的测定实验报告

63.2
62.3
61.3
60.4
59.5
58.7
2.计算λ和相对误差。
由附表一，查到2.27mV对应55.4℃，2.20mV对应54℃.
=0.2636
相对误差：
*100%=
实验中电压读数误差为，游标卡尺的测量误差为0.02mm。
实验结果分析
1.手动控制稳态时，要使温度稳定约1个小时左右；为缩短时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出、T2温度。（可直接以电动势值代表温度值）
因为物体的散热速率与散热面积成正比，
所以，
由比热容定义，
所以，，
所以，
实验步骤
1.用物理天平称出散热盘（铜盘）P的质量m，单次测量，其比热容：C=3.8×102J/kg·ºC。
2.用游标卡尺分别测出样品盘（橡皮）B铜盘P的直径和厚度h各测六次，然后取平均值。
3.联线。如实验装置图4-9-1所示，发热盘A和散热盘P的侧面都有供安插热电偶的小孔，放置仪器时，此两孔都应与杜瓦瓶在同一侧。以免线路错乱。将橡皮样品B放入发热盘A与散热盘C之间，在杜瓦瓶中放入冰水混合物，热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测量端与铜盘接触良好。将一对热电偶的热端（红线端）插入到发热盘A的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。另一对热电偶的热端插入到散热盘C的小孔中，冷端插入杜瓦瓶中的另一细玻璃管中，与导热系数测量仪联接。它们的输出端分别接在控制面板上的“测1”、“测2”插孔中，通过“测1”、“测2”转换开关接到数字电压表上。mv表输出端短路，调节的调零旋钮，调零、FD—FP2—II型导热系数电压表并与导热系数测量仪联接。

实验指导书(准稳态法测定材料的导热系数)

准稳态法测定材料的导热系数一、实验目的1、通过实验，掌握准稳态法测量材料的导热系数和比热容的方法；2、掌握使用热电偶测量温度的方法；3、加深对准稳态导热过程基本理论的理解。

二、实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ(图中为2b)，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)。

导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：22),(),(xx t a x t ∂∂=∂∂τττ0=τ时, 0t t =x=0处， 0=∂∂xtδ=x 处，c q xt-=∂∂-λ方程的解为：)]exp()cos(2)1(63[),(02211220F xx a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞=∑ （1）式中： τ—时间(s)； λ—平板的导热系数(w/m ∙℃)；a —平板的热扩散率(m 2/s)； n μ—πn n=1，2，3，……；F 0—2δτa 傅立叶准则； t 0—初始温度(℃)； c q —沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度(w/m 2)；随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。

当F 0>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成：)612(),(2220-+=-δδτλδτx a q t x t c （2）由此可见，当F 0>0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：)61(),0(20-=-δτλδτa q t t c 平板加热面x=δ处为：)31(),(20+=-δτλδτδa q t t c （3）此两面的温差为：λδττδc q t t t ∙=-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ，再测出Δt ，就可以由式（3）求出导热系数：tq c ∆=2δλ （4）根据势平衡原理，在准态时，有下列关系：τρδd dt CF F q c = 式中：F 为试件的横截面(m 2)；C 为试件的比热(J/kg ∙℃)； ρ为试件的密度(kg/m 3)；τd dt为准稳态时的温升速率(℃/s)；由上式可得比热： τρδd dt q c c=三、实验装置按上述理论及物理模型设计的实验装置如图2所示，说明如下：1）试件试件尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10mm。