不良导体的导热系数讲解
试验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。
大学物理实验不良导体的热导系数的测量讲义
dQ dt 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 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T1 和T2 时，传热速率为2）由于传热速率很难测量，但当T1 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T2，据此求出铜盘在T2 附近的冷却速率dT。
dt 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 R R 2h dQ（3）dt R 2R 2h dt （）式中dQ为盘自由散热速率。
不良导体的导热系数的测定
表2.5.2 平衡温度以及冷却时时间、温度记录
热平衡时，加热盘温度T 1
散热盘温度T 2
冷却过程中，数据记录如下：
t i (s)
Ti T T
2
t 15 t 10 t 5
t t 5
T
2
t 10 t 15
(℃)
表2.2
等精度数据
y1
y
2
y
3
y
n
x1
x
2
x3
x
x
n
n i
a y bx b x y xy (x ) x
实验2.5
不良导体导热系数的测定
背景知识
导热系数又称热导率，是表征物质热传导性质 的物理量，测定材料的导热系数在设计和制造加热 器、散热器、传热管道、冰箱、节能房屋等工程技 术及很多科学实验中都有非常重要的应用。
良导体:导热系数大、导热性能好的材料 不良导体:导热系数小、导热性能差的材料
约为不良导体的102～103倍，例如铜为4.0×102 W.m-1.K-1 橡胶为0.22 W.m-1.K-1
考虑到冷却速率还与散热面积成正比， 2.5.5式应 乘以面积因子进行修正，导热系数有
D4 h 4 c m h T （2.5.6） P p B 2 2 D4 h D ( TT ) tT T P p B 1 2 2
其中 D P 为下铜盘半径，hp为下铜 盘厚度
【
实 验 原 理
】
•傅里叶热传导方程
加热 后 S
h T2 图 2.5-1 均匀圆柱体
T 1 T 2 忽略导体的侧面无热量散失， 相同的时间内流过各截面的热 T1 量必然相等，这时整个导体呈 动态热稳定状态。
不良导体导热系数的测定
实验 六 不良导体导热系数的测定导热系数(又称热导率)是表征物质材料热传导性质的重要物理量。
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。
1804年法国物理学家毕奥通过平壁导热实验的结果最早的表述了导热定律。
稍后，1822年法国的傅立叶运用数理的方法，更准确地把它表述为后来称之为傅立叶定律的微分形式，从而奠定了导热理论。
目前测量导热系数的方法都是建立在傅立叶导热定律的基础上。
从测量的方法来说可分为两类：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部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。
本实验采用稳态法进行测量。
【实验目的】（1）学习用稳态法测定材料的导热系数。
（2）学习如何运用实验观测的手段，尽快找到最佳的实验条件和参数，正确测出所需的实验结果的方法。
（3）学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法。
（4）学习热电偶的测温原理和方法。
【实验原理】（１） 傅立叶热传导方程1882年法国数学、物理学家傅立叶给出了一个热导体的基本公式——傅立叶导热方程式。
该方程式指出，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h 、温度分别为1T 、2T 的平行面（设 1T >2T ），若平面面积均为 S ，在d t 时间内通过面积S 的热量d Q 满足下述表达式：dt dQ=hT T S 21-λ, （1） 式中dtdQ为热流量，λ为该物质的热导率（又称导热系数），表明物质导热的能力。
λ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，在单位时间内通过单位面积的热量；其单位为)K m (W。
（2）本实验装置为导热系数测定仪，如图1所示。
本仪器可用于稳态法测量不良导体、金属和气体的导热系数，采用电热板加热、热电偶测温、数字毫伏表测量温差电动势。
它由电加热板、铜加热盘A,橡皮样品圆盘B,铜散热盘C 、样品支架及调节螺丝、风扇、温度传感器以及控温与测温器组成。
不良导体讲解
实 验 目 的
1．用稳定法测定不良导体的导热系数。
2．掌握传热率的测量和修正的方法。
实 验 原 理
热传导基本公式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，两个相距为h，温
1、 2 的平行平面，若平面面积为A，在 t 秒内，从一个面传到另 一个平面的热量 满足 Q 2 Q 1 A 1
不良导体导 热系数测定
大学物理实验教学中心
物体导热性能优劣可分为两类，导热性能好的称为热的 良导体，例如金属类都属于良导体；导热性能差的称谓热的 不良导体。一般非金属类属不良导体。材料的这种性质，在 日常生活，科研机构和航天技术中被广泛应用。例如航天器 内外温度差达到一、二千度,就需要非常好的不良导体作为隔 热材料。事实上，同一种材料，材料结构的变化与所含杂质 对导热系数值都有明显的影响，因此，对材料的导热系数的 测定是十分必需的。目前测量物质的导热系数大体有两类： 一类是稳态法，另一类是非稳态法。稳态法，是先在待测样 品内部形成一定的温度稳定分布，然后进行测量，动态法用 导热微分方程，测量温度随时间的变化关系来测量导热系数。 本实验用稳态法测量。
2
t
2
注意事项
1、样品圆板和黄铜盘的几何尺寸，可用游标尺 多次测量取平均值，黄铜盘的质量m可用天平称 衡，约一千克左右。样品的厚度h，用螺旋测微 器多次测量。
2、实验的热电偶选用铜、康铜热电偶。温差 100℃时，热电动势是4mV。选用数字电压表， 量程0-10mV，并能测到0.01mV。
实 验 结 束
度分别为
定义为该物质的导热系数。
t
h
当传热达到稳定状态时，温度值稳定不变，通过样品圆板的传热率与黄铜 盘的周围环境的散热速率完全相等。因而可通过黄铜盘在稳定温度 2 时的散热 率 Q 来求出。 t 考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，修正后，仪器在稳态时的传 热速率为： 其中，
热学实验3 不良导体导热系数测定
实验三 不良导体导热系数测定导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换（导热、对流和辐射）三种基本形式之一，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，要认识导热的本质和特征，就需要了解材料的导热机理。
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，因此，在加热器、散热器、管道热传递设计等工程实践中具有实际意义。
1882年法国物理学家约瑟夫·付里叶(Joseph ·Fourier)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．了解热传导的基本规律及散热速率的概念； 2．学习稳态平板法测定不良导体导热系数；3．掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法。
【实验仪器和用具】智能导热系数测定仪，调压器，热电偶，保温杯，电加热盘，游标卡尺，待测样品。
【实验原理】当温度不同的两个物体相接触，或物体内部温度梯度存在时，物体间或物体内部就会发生热传导现象。
描述热传导规律的基本方程——付里叶方程，即当热流在x 方向流动时，可用一维方程描述，其形式为 ：s xdtdQ d )d d (θλ-= （2-1）其中，dtdQ 为在d t 时间内，热流穿过面元s d 的传热速率，xd d θ是沿面元垂直方向的温度梯度，“—”表示热量传递方向是从高温传向低温方向。
λ为物体的导热系数，其物理含义是：在单位时间内，每单位长度上温度降低1K 时，单位面积上通过的热量。
试验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z o处取一个垂直截面积ds，以dT表示在z处的温度梯度，以dQ表示在该处的传热速率（单位时间dz dt内通过截面积ds的热量），那么传导定律可表示成：.dTdQ=-：・（）z0dsdt （9-1）dz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'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。
热学实验3 不良导体导热系数测定
实验三 不良导体导热系数测定导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换（导热、对流和辐射）三种基本形式之一，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，要认识导热的本质和特征，就需要了解材料的导热机理。
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，因此，在加热器、散热器、管道热传递设计等工程实践中具有实际意义。
1882年法国物理学家约瑟夫·付里叶(Joseph ·Fourier)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．了解热传导的基本规律及散热速率的概念； 2．学习稳态平板法测定不良导体导热系数；3．掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法。
【实验仪器和用具】智能导热系数测定仪，调压器，热电偶，保温杯，电加热盘，游标卡尺，待测样品。
【实验原理】当温度不同的两个物体相接触，或物体内部温度梯度存在时，物体间或物体内部就会发生热传导现象。
描述热传导规律的基本方程——付里叶方程，即当热流在x 方向流动时，可用一维方程描述，其形式为 ：s xdtdQ d )d d (θλ-= （2-1）其中，dtdQ 为在d t 时间内，热流穿过面元s d 的传热速率，xd d θ是沿面元垂直方向的温度梯度，“—”表示热量传递方向是从高温传向低温方向。
λ为物体的导热系数，其物理含义是：在单位时间内，每单位长度上温度降低1K 时，单位面积上通过的热量。
不良导体的导热系数
不良导体的导热系数实验二 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。
【实验目的】1．学习应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1T 、2T ，根据傅立叶传导方程，在t ∆时间内通过样品的热量Q ∆满足下式：12BT T QS t h λ-∆=∆ (1)式中λ为样品的导热系数，B h 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B d ,则由（1）式得：2124B BT T Qd t h λπ-∆=∆ (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。
稳态法测量不良导体导热系数2012
稳态法测量不良导体导热系数2012稳态法是一种高精度测量导热系数的方法，被广泛应用于材料工程、热工学、机械工程等领域。
在材料工程中，稳态法常用于测量导体的导热系数，其中不良导体的导热系数的测量尤为重要。
本文将介绍稳态法测量不良导体导热系数的基本原理、实验步骤和注意事项。
一、基本原理稳态法是通过测量介质两侧温度差和沿导热方向的传热功率，计算介质的导热系数。
稳态法的核心原理是斯特法定律，即介质中的传热速率和介质的各向同性导热系数、介质的传热面积和传热距离成正比。
对于不良导体来说，其导热系数很低，在传热方面表现出较差的性能。
因此，在使用稳态法测量不良导体导热系数时，需要特别注意以下几点：1. 选择合适的热源和传感器测量不良导体的导热系数需要使用高精度的热源和传感器，以保证稳态条件下温度差的准确测量。
例如，可以使用电热丝作为热源，其产生的热能可以通过导体传递到被测介质中。
传感器可以使用热电偶或红外线温度计等。
2. 保持稳态在测量不良导体导热系数时，需要保证稳态条件的达成，即被测介质的温度变化率不发生变化。
同时，在测量过程中需要避免外部因素对温度的影响，如风、震动、辐射等。
3. 考虑导热方向在选择不良导体导热系数的方法时，需要考虑导热方向。
由于不良导体的导热系数很低，导热性能往往会受到材料本身结构和成分的影响。
因此在测量前，需要仔细考虑材料的结构特点和热传递方式，并选择合适的测量方法。
二、实验步骤1. 准备工作准备被测样品、热源、传感器等设备，并进行预热处理。
2. 组装实验装置将热源和传感器安装在被测样品两侧，保持垂直于样品表面，并保证传感器和热源之间的距离固定。
3. 连接电路将热源和传感器的电路连接起来，并接通电源。
4. 记录数据随着时间的推移，记录被测样品两侧的温度变化，并计算出温度差。
5. 计算导热系数根据斯特法定律，可以计算出不良导体的导热系数。
三、注意事项在使用稳态法测量不良导体导热系数时，需要注意以下事项：1. 需要使用高精度的热源和传感器，以保证稳态条件的达成和温度差的准确测量。
不良导体导热系数的测定-讲义
不良导体导热系数的测定热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射。
其中的热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换的过程。
从微观上说，热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它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。
不同物体的导热性能各不相同，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。
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，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热系数的方法。
【预备问题】① 如何判断不良导体中的导热过程达到了稳定？② 不良导体样品盘的厚度对测量结果有影响吗？③ 如果测量高低温热源温度所分别使用的温度计读数有偏差，将会产生什么样的影响？有什么办法消除或减小影响？【引言】1．热传导定律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。
早在1882年著名物理学家傅立叶（Fourier ）就提出了热传导的定律：若在垂直于热传播方向x 上作一截面△S ，以0x dx d ⎪⎭⎫⎝⎛θ表示0x 处的温度梯度，那么在时间△t 内通过截面积△S 所传递的热量△Q 为S dx d t Q x ∆⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆∆0θλ （3.14.1） 式（3.14.1）中Q t ∆∆为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处，与温度梯度方向相反。
不良导体的导热系数
热导系数的测量学号：PB07210137 姓名：昝涛实验名称：热导系数的测量实验目的：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热传导系数并用作图法求冷却速率实验原理：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） 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。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，()()dtQ d h R R h R R dt dQ '++=222ππ （3） 式中dtQ d '为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体，有 dtdTmc di Q d =' （4） 这样，就有()()dtdTmch R R h R R dt dQ 222++=ππ （5） 结合（2）式，可以求出导热系数()()dtdTh R T T R h R h c m A A B A A B +-+=)(22212πλ铜铜实验内容：1. 用卡尺测量A 、B 盘的厚度及直径（各测三次，计算平均值及误差）2. 按图连接好仪器3. 接通调压器电源，从零开始缓慢升压至T 1=3.2~3.4mV4.将电压调到125V 左右加热，来回切换观察T 1 和T 2值，若十分钟基本不变（变化小于0.03）则认为达到稳态，记录下T 1、 T 2值5. 移走样品盘，直接加热A 盘，使之比T 2高10℃，（约0.4 mV ）；调节变压器至零，再断电，移走加热灯和传热筒，使A 盘自然冷却，每隔30s 记录其温度，选择最接近T 2的前后各6个数据，填入自拟表格数据记录及处理：测得数据如下：铜盘质量=铜m 805.6g ，铜盘比热113709.0--⋅⋅=K kg kJ C 铜测量得到稳定时T 1、T 2对应的电压值如下： 稳态下=1V 3.55mV ，=2V 2.31mV1. 逐差法：()()()()tV h d V V d h d h c m dt dVh R V V R h R h c m i A A B A A B A A B A A B ∆∆+-+=+-+=2)(42)(22212212ππλ铜铜铜铜， 令A A h d L 41+=，A A h d L 22+=则tV L V V d L h c m iB B ∆∆-=22121)(2πλ铜铜 故 22222212214⎪⎭⎫⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆∆t U V U L U R U L U h U t V L B R L B h B B U λλ 而211⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛L U L = 2216⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Ah Ad h Ud U A A ，=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛222L U L 224⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛A h Ad hU d UA A，故2222222420⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆∆t U V U d U d U h h U t V A d B d A h B h A B A B U U λλ mm h A 7.04=，mm A h 040.0=σ，mm 02.0=∆仪，则mm U B h h A A 042.02122=∆+=σP=0.95mm h B 71.7=，mm B h 043.0=σ，mm 02.0=∆仪，则mm U B h h B B 045.02122=∆+=σP=0.95mm d A 65.129=，mm A d 129.0=σ，mm 02.0=∆仪，则mm U B d d A A 13.02122=∆+=σP=0.95mm d B 39.125=，mm B d 212.0=σ，mm 02.0=∆仪，则mm U B d d B B 213.02122=∆+=σP=0.95温度对应电压变化量mV V i237.0=∆，标准差mV V 011.0=σ，则 mV U B V V 013.02122=∆+=∆σP=0.95s t 180=∆，1s =∆估，即s U T 1=∆由以上数据计算得到：110.155W m K λ--=⋅⋅, 110.011U W m K λ--=⋅⋅，故11(0.1550.011)W m K λ--=±⋅⋅P=0.952. 图像法V (t )/m VT/s由图像得到：s mV dtdV/00113.0= 3. 方程回归法 斜率()()0011.022-=--=∑∑∑∑∑i iii i i t t n V t V t n k故s mV dt dV/0011.0=，不确定度s mV U dtdV /107.25-⨯= P=0.68 则扩展不确定度s mV U U dtdV /104.5*2'5-⨯==P=0.95则()()11212240.152()2B A A B A A m c h d h dV W m K d V V d h dtλπ--+==⋅⋅-+铜铜 110.006U W m K λ--=⋅⋅ 11(0.1550.011)W m K λ--=±⋅⋅ P=0.95思考题：1. 试分析实验中产生误差的主要因素。
【精品】不良导体的导热系数
【精品】不良导体的导热系数导体是一种可以传输热量的物质，其导热性能常常与其类型和组成息息相关。
在一些材质中，我们可以发现一些被称为不良导体的材质，它们的导热性能比普通导体要差很多。
那么，不良导体的导热系数是如何影响其导热性能的呢？首先，让我们来了解一下导热系数的概念。
导热系数是指材料传热速率的一个因素，它描述了在单位时间内单位面积内的热量传输量。
其计算公式为Q=K*A*(dT/dx)，其中Q为传输的热量，K为导热系数，A为单位面积，dT/dx为温度梯度，即单位长度内的温度变化量。
从公式可以看出，导热系数越大，则单位时间内能够传输的热量越多，也就是说其导热性能越好。
不良导体的导热系数往往比较低，因此它们的导热性能也相对较差。
这些材质包括但不限于空气、塑料、泡沫等。
其中，空气是导热系数最低的材质之一，其导热系数只有0.024W/mK，而铜的导热系数则高达385W/mK左右，相差近20000倍。
这意味着在相同的温度梯度下，铜能够传输的热量是空气的数万倍。
不仅如此，不良导体的热传导也更容易受到其他因素的影响。
例如，当不良导体材质的密度较低时，其中的空隙会导致热量难以传递。
此外，与普通导体相比，不良导体通常具有低热容、低热导率、低密度等特性，这些特性都将影响其热传导性能。
所以说，我们在应用热传导时应该根据材料的不同特点进行选择。
然而，不良导体也有其自身的优点。
例如，在制冷和绝缘等领域中，不良导体可以有效隔离热量传递，达到节能的目的。
而在某些特殊场合下，不良导体也可以起到保护的作用。
比如说在高温条件下，铜等高导热材料往往需要通过陶瓷等不良导体来降低其热传导，从而保护周围的设备。
总之，不良导体的导热系数与其导热性能息息相关。
在应用中，我们应该根据具体情况来选择材质。
当需要传导大量热量时，我们应选择具有高导热系数的材质；当需要隔离热量时，则可使用不良导体来实现。
只有深入了解各种材质的特性，我们才能更好地利用它们的性能来满足不同的需求。
不良导体的导热系数
二、金属导热系数的测量 1．将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发 热圆盘与散热圆盘之间。 2．当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布 后，T1、T2值为金属样品上下两个面的温度 此时散热盘P的温度为T3。因此测量P盘的 Q 冷却速度为： t T T3 Q h 1 mc T T 1 由此得到导热系数为 t T1 T2 mR 2 测T3值时可在T1、T2达到稳定时，将插在发 热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插 入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。
【思考题】
(1)散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若 它不工作时实验能否进行？ (2)本实验对环境条件有些什么要求？室温对 实验结果有没有影响？ (3)试定量估计用温差电动势代替温度所带来 的误差。 (4)分析本实验的主要误差
【实验仪器】
不良导体导热系数测定仪 温度计（0~100℃，精确到0.1℃） 铜-康铜热电偶 天平、砝码 秒表
铜-康铜热电偶
数字电压表
不良导体导热系数测定仪
图3
热电偶
【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、彼此间相距为L、温 度分别为T1、T2的平行平面(设T1>T2)，若平 面面积均为S，在t时间内通过面积S的热 量Q满足下述表达式： Q T1 T2 S Q t h （1） 式中 t 为热流量， 即为该物的热导率 （又称作导热系数）， 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 W m 1 K 1 。
不良导体的导热系数 的测定
沙贝
不良导体导热系数的测定
【实验目的】 【实验仪器】
【实验原理】 【实验步骤及内容】 【数据处理】 【注意事项】 【思考题】
实验2-18-不良导体导热系数的测定
实验2—18 不良导体导热系数的测定导热系数，工程上又称热导率，是描述材料性能的一个重要参数，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。
由于材料结构的变化对导热系数有明显的影响，导热系数的测量不仅在工程实践中有重要的实际意义，而且对新材料的研制和开发也具有重要意义。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
测量良导体和不良导体导热系数的方法各有不同。
对于良导体，常用流体换热法测量所传递的热量，计算导热系数；对于不良导体，通过测量传热速率，间接测量所传递的热量，计算导热系数。
稳态平板法是测量不良导体导热系数的一种常用方法。
【实验目的】1．掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平板法。
2．利用物体的散热速率求传热速率。
3．了解相关仪器及热电偶测温度。
【实验仪器】本实验所用仪器有：实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、热电偶、电压表、秒表等。
实验装置如图2—18—1所示，在支架D 上先后放上圆铜盘C 、待测样品B 和厚底紫铜圆筒A 。
在A 的上方用红外灯L 加热，使样品上、下表面各维持稳定的温度T 1、T 2，它们的数值分别用各自的热电偶E 来测量，E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H 内的冰水混合物中。
G 为双刀双向开关，用以变换上、下热电偶的测量回路，电压表F 用以测量温差电势。
【实验原理】热传导理论指出，只要物质内部的温度不均匀，便有热量传递。
根据热传导定律，沿直线Z 方向，在dt 时间内通过垂直于L 方向上的面积元ds 传递的热量为dSdt dZdT dQ λ-=式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；dZdT 是温度梯度；λ为导热系数。
对于一个厚度为h 、面积为S 的圆形板状的不良导体，若维持上、下面稳定的温度图2－18－1T 1和T 2,其侧面绝热，则在时间∆t 内，沿着与S 面垂直方向上传递热量Q ∆可表示为 t S hT T Q ∆-=∆21λ （2－18－1）本实验装置如图2—18—1所示，由上述热传导基本公式通过待测样品B 板的传热速率可写成：221B BR h TT tQ ⋅⋅-⋅=∆∆πλ （2—18—2）式中h B 为样品厚度，R B 为样品圆板的半径，T 1为样品圆板上表面的温度，T 2为其下表面的温度，λ为样品B 的导热系数。
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。
不良导体的导热系数的测定
表2.5.2 平衡温度以及冷却时时间、温度记录
热平衡时，加热盘温度T 1
散热盘温度T 2
冷却过程中，数据记录如下：
t i (s)
Ti T T
2
t 1ห้องสมุดไป่ตู้ t 10 t 5
t t 5
T
2
t 10 t 15
(℃)
表2.2
等精度数据
y1
y
2
y
3
y
n
x1
x
2
x3
x
x
n
n i
a y bx b x y xy (x ) x
2 2
i
n
xi n
n i
y
yi n
xy ( xi yi ) n
x x
2 i
n
2 i
n
【
实 验 内 容
】
8 计算样品的导热系数实验最佳值
R 2 h 4 c m h T P p B 2 2 R 2 h R ( T T ) tTT P p B 1 2 2
注：上式中
【
注 意 事 项
】
1. 在测试散热盘的散热速率时，取走样品之前，一定 要先关掉电源，然后再让加热盘与散热盘接触，同时 绝不能用手去碰触加热盘与散热盘。小心操作！注意 安全，避免烫伤。 2. 实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使 样品两端划伤，以免影响实验的精度。
【分 析 思 考】
】
5 按“QUIT”键退出，关闭加热开关，取走上铜盘， 进入“冷却”选项，让下铜盘自然冷却，当T2低于 下铜盘平衡温度10度后，显示“OK”，如图2.5-7所 示。
不良导体导热系数的测定讲解共21页文档
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！21Biblioteka 不良导体导热系数的测定讲解
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
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实验中，在读得稳定时的T1和T2 后，即可将B盘移去，而使盘A 的底面与铜盘P直接接触。当盘 P的温度上升到高于稳定时的T 值若干摄氏度后，再将圆盘A移 开，让铜盘P自然冷却。观察其 温度T随时间t变化情况，然后由 此求 而mc T T2 t t t
【实验仪器】
不良导体导热系数测定仪 温度计（0~100℃，精确到0.1℃） 铜-康铜热电偶 天平、砝码 秒表
铜-康铜热电偶
数字电压表
不良导体导热系数测定仪
图3
热电偶
【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、彼此间相距为L、温 度分别为T1、T2的平行平面(设T1>T2)，若平 面面积均为S，在t时间内通过面积S的热 量Q满足下述表达式： Q T1 T2 S Q t h （1） 式中 t 为热流量， 即为该物的热导率 （又称作导热系数）， 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 W m 1 K 1 。
3．接通电源，将加热选择开关由“断”打向“高” 档，当打向“高”档时，加温速度最快。当传感 器I的温度读数VT1为4.2mV，可将开关打向 “低” 档，降低加热电压。 4．待传感器I、II的读数不再上升（约需40分钟） 时，说明已达到稳态，每隔5分钟记录VT1和VT2的 值。 Q 5测量散热盘在稳态值T2附近的散热速率（ t ）。 移开铜盘A，取下橡胶盘，并使铜盘A的底面与铜 盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳定态的 VT2值若干度（0.2mV左右）后，再将铜盘A移开， 让铜盘P自然冷却，每隔30秒（或自定）记录此时 Q 的T2值。根据测量值计算出散热速度 。
（m为紫铜盘P的质量， C为铜材 的比热容），就是紫铜盘P在温 度为T2时的散热速率。
但要注意，这样求出 是紫铜盘的全部表 面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积 2 2 R 2 RP hP 为 （其中RP与hP分别为紫铜盘 的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的 2 R 稳态传热时，P盘的上表面（面积为 p） 是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率 与它的表面积成正比，则稳态时铜盘散热速 率的表达式应作如下修正： 2 Q Q ( R p 2R p h p ) mc 2 t t (2 R p 2R p h p ) （3） 将式（3）代入式（2），得： ( R 2h ) h T 1 （4） mc
不良导体的导热系数 的测定
沙贝
不良导体导热系数的测定
【实验目的】 【实验仪器】
【实验原理】 【实验步骤及内容】 【数据处理】 【注意事项】 【思考题】
【实验目的】
1、掌握不良导体导热系数的测定方法—— 稳态平衡法。 2、测定不良导体（橡皮板）的导热系数。 3、学习用热电偶进行温度测量。 重点难点： 1．稳态法的理解； 2．导热系数测定仪的正确使用。
知道单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流 Q （2） T1 T2 2 RB t hB
T1、T2 为B盘上、下表面的温度， RB为样品的半径，h3为样品的厚 度，当热传导达到稳定状态时， T1和T2的值不变，于是通过B盘 上表面的热流量与由铜盘P向周 围环境散热的速率相等，因此， 可通过铜盘P在稳定温度T2时的 散热速率来求出热流量 。 Q t
T2=
1 V1 (mV) V2 (mV) 散热速率 时间 (s) 电压 (mv) 30 60 90
2
3
4
5
120 150 180 210 240
【注意事项 】
(1)使用前将加热铜板A与散热铜板B擦干净， 样品两端面擦干净后，可涂上少量硅油，以 保证接触良好。 (2)实验过程中，如需触及电热板，应先关闭 电源，以免烫伤。 (3)实验结束后，应切断电源，妥为放置测量 样品，不要使样品两端面划伤而影响实验的 正确性。
一、不良导体导热系数的测量
1．实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放 在散热盘P上面，然后发热盘A放在样品盘B上方， 并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头， 使样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧密 接触。 2．在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端 （黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色） 分别插入加热盘A和散热盘P侧面的小孔中，并分 别将其插入加热盘A和散热盘P的热电偶接线连接 到仪器面板的传感器I、II上。
2 p p B 2 2 t (2 R p 2h p )(T1 T2 ) R H
T t
【实验步骤及内容】
在测量导热系数前应先对散热盘P和等测样 品的直径、厚度进行测量。 1．用游标卡尺测量待测样品直径和厚度， 各测5次。 2．用游标卡尺测量散热盘P的直径和厚度， 测5次，按平均值计算P盘的质量。也可直接 用天平称出P盘的质量。
【数据表格及数据处理 】
实验数据记录（铜的比热c=0.09097cal· g-1· C-1，比重8.9g/cm3） 散热盘P：质量m= （g） 半径 Rp= (cm)
1 Dp (cm) hp (cm)
2
3
4
5
橡胶盘：半径Rb= (cm)
1
2
3
4
5
DB(cm) hB(cm)
稳态时T1、T2的值（转换见附录1的分度表）T1=
t
二、金属导热系数的测量 1．将圆柱体金属铝棒（厂家提供）置于发 热圆盘与散热圆盘之间。 2．当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布 后，T1、T2值为金属样品上下两个面的温度 此时散热盘P的温度为T3。因此测量P盘的 Q 冷却速度为： t T T3 Q h 1 mc T T 1 由此得到导热系数为 t T1 T2 mR 2 测T3值时可在T1、T2达到稳定时，将插在发 热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插 入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。
【思考题】
(1)散热盘下方的轴流式风机起什么作用？若 它不工作时实验能否进行？ (2)本实验对环境条件有些什么要求？室温对 实验结果有没有影响？ (3)试定量估计用温差电动势代替温度所带来 的误差。 (4)分析本实验的主要误差