导热系数的测定实验教案
《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(完整版)
△θ／△t|θ2=θ20，其中△t=120S.
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
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12实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数
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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
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
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。
六、数据记录：
组号：；姓名
1.记录橡胶盘、黄铜盘的直径、高度（DB、Hb、DC、HC），记录相应结果
测量次数
1
2
3
4
5
平均值
所用测量仪器
实验一材料导热系数的测定实验
三、实验装置
实验装置包括：圆球本体装置、循环水槽、直流稳压电源、 数显电压电流表及数显温度巡检仪测温装置等。
实验系统图 圆球本体由铜质热球球体（ d1 ＝ 80mm ）、冷球球壳（ d2 ＝ 200mm）、保温球壳和塑料保温套等组成。
五、实验数据记录
试件导热面积： 试件厚度： 室温： 冷却水温： 实验数据记录表
工况 tR /℃ tL /℃ V /V I /A
1
2
六、实验分析
绘制不同平均温度下的 关系曲线，并求出 f ( t ) 的关 —t 系式。
（二）稳态球体法测粒状材料的导热系数 一、实验目的
五、实验数据记录
材料名称：
工况
球体直径：d1＝ 实验数据记录表
I/A t1 /℃ t2 /℃ t1－t2 /℃
d2 ＝
λm /W· (m· ℃)-1
Q
V/V
1
2
六、实验分析
绘制在座标纸上绘出试材的导热系数λm和温度t的关系曲线， —t 并求出λm＝f（t）的关系式。 试分析材料充填不均匀和内、外球壳不同心所产生的影响？
验目的
学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。 测定试验材料的导热系数，确定导热系数与温度的关系 。
二、实验原理
在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和厚度δ、平板两面 的温差 t t R t L 和导热系数λ成正比： Q t A 通过测定平板两面的温差△t、平板厚度δ 、垂直热流方向的 Q 导热面积A和通过平板的热流量Q得出导热系数 ： t F 在不用的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在 坐标图内，就可以得出 t 的关系曲线。 f (t )
不良导体导热系数的测量实验教案
上。
(2) 测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。 右击锁定按钮，将游标卡尺解锁：
拖动下爪一段距离：
将待测物体从待测物栏中到两爪之间，松下鼠标，待测物会放在合适的位置：
(3) 将橡胶盘拖至主仪器的支架上。 1) 先将橡胶盘从实验仪器栏中拖放到实验桌上：
前应将红外灯移至最大位置，并且同时移除加热铜盘上的连线。点击双刀双掷开 关，可改变开关的位置 自耦调压器:
实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 鼠标左键或右键点击调压旋钮，调节输出电压。
数字电压表: 实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 点击电源开关可打开或关闭数字电压表。点击大视图中的相关按钮，可进行 相应的设置及调节(按下调零按钮，可点击调零旋钮对其进行调零；调零后即可 选择合适的档位进行测量)
2) 双击打开主仪器窗体，依次移开红外灯、保温桶，再将橡胶盘拖放到散 热铜盘上：
(4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。
(5) 移走橡胶盘，加热铜盘 A、C。 (6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。
(7) 记录数据。 (8) 根据记录及已知数据求解橡胶盘的热导系数并填写到表格中。
六、思考题
本实验的目的是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。
二、实验原理
图 1 不良导体热导率测定装置原理图
1. 导热系数 1882 年法国科学家傅里叶(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里叶热传导定律的基础之上的。本实验采用的是稳态平 板法测量不良导体的导热系数。
实验《导热系数测定》
实验二材料导热系数的测定一、实验目的1、巩固和深化不稳定导热过程的基本理论，学习用常功率平面热源法测定材料导热系数和导温系数的实验方法和技能。
2、测定试材的导热系数λ和导温系数α。
二、实验原理：稳态导热问题，即忽略温度随时间的变化，只考虑温度的空间分布。
即θ（x,y,z）而非稳态导热问题温度不仅在空间上有分布，而且随时间变化。
即θ（x,y,z,τ）根据不稳定导热过程的基本理论，初始温度均匀并为t0的半无限大均质物体，当表面边界被常功率热流q w加热时，同样引进过余温度θ=t-t0 ，温度场由以下导热微分方程求解：经过求解和变换，得出如下的关系式：(1)函数B(y)值()B y =（2）导温系数根据B(y)值查表得y 2值，则224d a y τ=' （m 2/h ）d :薄试件的厚度 m (3)导热系数λ=（w/mk ）上述各式中：(,)x θτ'' 经过时间τ'薄试件上表面过余温度; 1(0,)θτ 经过时间1τ薄试件下表面(热源面)过余温度;3(0,)θτ 经过时间3τ降温过程中下表面(热源面)过余温度; 2τ 关闭热源的时间;Q 加热器的功率 W/m 2Q=(V 标/10)2*A=I 2*A A=R/S式中: V 标 –与加热器串连的0.01Ω标准电阻两端的电压降 mv R 、S 分别为加热器的电阻及面积。
三、实验装置DRM-1型导热系数测定仪 适用于测定均质板状、粉末状材料的导热系数、导温系数和比热。
测试范围：3.5×10-2～1.7 W/mk ；电热烘干箱；秒表两只；干燥器；天平；卡尺（精度为0.02毫米）。
DRM-1型导热系数测定仪分三部分：1、试件部分：包括试件，试件台及夹具。
2、加热系统：包括晶体管稳压电源、加热器、0.01Ω标准电阻、电位差计和检流计。
3、温度测量系统：温度测量用铜-康铜热电偶，电偶产生的电信号用电位差计测出，通过查表得出温度值。
实验11 导热系数的测量
实验11 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系数。
【实验仪器】YBF-3导热系数测试仪、测试样品（硬铝、橡皮、牛筋、陶瓷、胶木板）、塞尺YBF-3导热系数测试仪面板图：上面板图下面板图dzdTdt dQ h T T 21-【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Z0 处取一个垂直截面积dS （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dS 的热量），那么传导定律可表示成：(2-1)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）。
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，单位时内垂直通过单位面积截面的热量。
固体的导热系数的测定
3.5固体的导热系数的测定【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。
【实验内容与步骤】1.测橡皮样品的导热系数1.1用游标卡尺测出橡皮样品的直径和厚度，多次测量求其平均值，记下散热盘的几何尺寸、质量（在盘上已标明），其中铜的比热容为10.385/()c KJ Kg K =⋅。
1.2将样品放在加热盘和散热盘之间，并使它们接触良好，两根热电偶分别插入加热盘和散热盘的小孔内，设定加热盘温度（60℃左右），采用自动控温对样品进行加热，待系统达到稳定导热状态，测样品上下表面的温度1ε、2ε，多次测量求平均值。
1.3移去样品，用加热盘直接对散热盘加热，待散热盘温度高于2ε若干（0.1mV ）后，移去加热盘，让散热盘在环境中自然冷却，每隔半分钟记录一次散热盘的温度，做出冷却曲线，求出2d dt εε⎛⎫ ⎪⎝⎭。
1.4计算橡皮样品的导热系数，并分析误差产生的原因。
2.测硬铝样品的导热系数2.1用游标卡尺测硬铝样品的直径和厚度，多次测量求其平均值。
2.2将硬铝样品侧面绝热，样品的上下表面周围分别套一个绝热圆环，放在加热盘和绝热盘之间，两根热电偶分别插入硬铝样品上下表面的小孔内，设定加热盘温度，采用自动控温对样品加热，待样品达到稳定导热状态，记下样品上下表面的温度1ε、2ε，然后将其中一个热电偶插入散热盘的小孔内，测出散热盘的温度3ε。
2.3移去样品，用加热盘直接对散热盘加热，待散热盘温度高出3ε若干，移去加热盘，让散热盘在环境中自然冷却，测出散热盘温度随时间的变化，作出冷却曲线，求出3d dt εε⎛⎫ ⎪⎝⎭，计算硬铝样品的导热系数。
【数据记录与处理】 表1 测橡皮样品的导热系数表2散热盘数据及冷却速率m = g ；=1R mm ；1h =mm作出ε-t 关系图，由图中2εε=点切线斜率求出2εεε=⎪⎭⎫⎝⎛dt d 并求出橡皮样品的导热系数。
实验二十七导热系数的测量
实验二十七导热系数的测量1.本发明属于冶金技术领域，涉及采用激光导热仪测试钢铁、钛材产品导热系数的技术领域，具体涉及一种导热系数的测试方法。
背景技术：2.加热炉是钢铁生产中不可缺少的热工设备，其任务是按生产节奏加热钢坯，使钢坯表面温度及内部温度分布满足轧制要求，同时均匀加热，避免过热和过烧现象，减少钢坯的氧化和脱碳，从而为轧机提供加热质量优良的钢坯。
钢坯的在炉时间、各段加热温度、出钢温度等由加热炉控制模型进行控制，而钢坯的导热系数等因直接参与钢坯受热升温的温度测算，从而对模型计算精度有直接影响，即，导热系数准确，模型计算精度相应升高，模型计算所得出钢温度与实际出钢温度愈发接近，对加热炉的精细化控制精度也越高，可避免出现钢坯温度不足轧制困难的现象，特别是避免过烧现象的发生，防止钢坯在炉时间过长，减少燃料用量，提高加热炉效率。
与此同时，保证了钢坯组织按温度控制呈现相应的形态，从而保证钢坯性能，提升了加热质量。
3.随着工艺技术的不断进步，钛材产品发展迅速，钛材轧制对于加热炉的要求更高，因此，尽量精确地确定各参数的取值成为精细化操作、提高烧钢质量的重要途径，而导热系数作为一项直接参与计算的参数其重要性不言而喻。
而激光导热仪作为一项自动化程度高、测量精度高的导热系数测试仪器也受到越来越多的关注和青睐。
激光导热仪测试材料的范围较为宽泛，包括耐火材料、钢铁样品等等，然而，由于钢铁产品的测量温度较高，一般达到1200℃甚至更高，且其基体为铁元素，内含碳、硅、锰、磷、硫、钒、钛等多种元素，高温稳定性较差，易于与样品的承载容器(一般为不同材质的坩埚)发生反应，轻则，样品变形，实验失败，重则，承载容器破裂，造成设备损伤。
4.因此，研究一种可保障检测仪器安全的合金材料导热系数的测试方法很有必要。
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；
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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？
导热系数测量实验
T t
，
T T 2 20
第12页/共17页
五、数据记录和处理
1 记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）
的直径、厚度DB、hB、DC、hC,并给出相
应的测量结果。
2 记录稳态法测量的温度T10 和T20
3 采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为
20时的冷却速率 T
，其中t=120s。
t
T T 2 20
4 计算橡胶板的导热系数，并与标准值比
一、实验目的
掌握稳态法测不良导体的导热系数的方法 了解物体散热速率和传热速率的关系
理解温差热电偶特性
第1页/共17页
二、实验仪器
• 导热系数测量仪 • 杜瓦瓶 • 温差电偶 • 待测橡胶样品 • 数字电压表 • 天平 • 卡尺 • 螺旋测微器 • 测量样品
第2页/共17页
三、实验原理
• 1、热传导定律
x0
S
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。
第5页/共17页
❖ 3、稳态法测不良导体的导热系数
电热板 发热盘 橡胶盘 散热板
~ 220 V ~ 110 V
Ｑ Ｑ
Ｑ
Ｋ
•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；
电风扇散热
实验装置示意图
第6页/共17页
三、实验原理
发热盘 样品（橡胶盘）
散热盘（黄铜盘）
样品
截面面积A
hB
样品（橡胶盘）的传热速率为：
导热系数的测定
导热系数的测定讲义⼀：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δδ。
（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。
实验导热系数的测量
实验 导热系数的测量专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________一、预习要点1.热导率的定义及物理意义； 2.试说明本实验测量导热系数的方法（可画图说明）； 3.认真观看教学视频，注意实验过程中，各个开关的打开时间。
4. 在课前写好预习报告，上课时务必将预习报告和原始数据表格一并带来，否则扣分。
二、实验内容1. 使用YBF-3导热系数测试仪测定样品的导热系数；2. 计算表格中各物理量，得到样品导热系数的完整结果表达式。
三、实验注意事项1. 实验开始前，未经教师许可，不得触碰仪器，否则扣分；2. 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油脂或者硅油，以使传感器和加热盘、散热盘充分接触；3. 当出现异常报警时，温控器测量值显示：HHHH ，设置值显示：Err ，当故障检查并解决后可按设定键（S ）复位和加数键（▲）、减数键（▼）键重设温度；4. 稳态法测量时，要使温度稳定所需时间较长。
为缩短时间，可先手动加热，可先将热板电源电压打在高档，一定时间后，测量值温度接近目标温度时，即可将开关拨至中档，调为自动挡并打开风扇电源，待V T1读数稳定后，每隔几秒读取铜盘温度示数，直到V T2读数也相对稳定（波动小于0.01mV ）；5. 在测试下铜盘P 的散热速率，取走样品B 之前，一定要先关掉电源，然后再让加热盘A 与散热盘P 接触，同时绝不能用手碰触铜盘，小心操作！四、数据处理要求1. 由表2用作图法（Excel ）求出冷却速率2T T Vt =∆∆； 2. 计算样品的导热系数λ并计算不确定度。
五、思考题 1. 测量导热系数λ要满足什么条件，怎样保证这些条件？2 测冷却速率时，为什么要在稳态值2T 附近取值？3. 在观察上下铜板等稳态时，风扇电源，控制方式，手动控制分别选择？4. 关闭电源移去样品上下铜板接触，再次打开电源，观察下铜板读数升高0.2mv 的过程中，风扇电源，控制方式，手动控制分别选择？六、原始数据记录表格成绩__________ 教师签字_______________组号________ 同组人姓名____________________ 散热盘（下铜板）厚度h p =_______________ m 散热盘（下铜板）半径R p =_______________ m 样品厚度h B =__________ m 样品半径R B =__________ m 下铜盘质量m =_______________ kg 注意：样品圆盘B 和散热盘P 的几何尺寸，可用游标尺多次测量取平均值。
导热系数的测定实验
本实验装置如图1所示，固定于底上的三个测微螺旋头支撑着一铜散 热盘P，在散热盘P上，安放一待测的圆盘样品B，样品B上再安放一 圆筒发热体，圆筒发热体由电热板提供热源，实验时一方面发热体 底盘A直接将热量通过样品上平面传入样品，另一方面散热盘P籍电 扇有效稳定地散热 ，使传入样品的热量不断往样品的下平面散出， 当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时发热 盘A与散热盘P的温度为一定的数值。
每隔2分钟记下样品上下圆盘A和P的温度θ1 和θ2的数值，待θ2的
数值在10分钟内不变即可认为已达到稳定状态，记下此时的θ1 和
θ2值。
2、测金属的导热系数时θ1 , θ2值为稳态时金属样品上下两个面的温
度，此时散热盘P的温度为θ3 值。因此测量P盘的冷却速率应为:
t | 3
Байду номын сангаас
、
h
1
mc t |3 1 2 R2
测θ3值时可在θ1、θ2达到稳定时，将上面测θ1 或θ2的热电偶移下来进行测量。
3、圆筒发热体A盘侧面和散热盘P的侧面，都有供安插热电偶的小孔，安
放发热盘时此二小孔都应与真空保温杯在同一侧，以免路线错乱。热
电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保证接触良好。
热电偶冷端插入浸于冰水中的细玻璃管内，玻璃管内也要灌入适当的
t
h
（2）
式中h为样品厚度，R为圆盘样品的半径，λ为样品热导率、θ1 、θ2 分别为稳态时样品上下平面的温度。
实验时，当传热达到稳态时，θ1 、θ2的值将稳定不变，这时可以认为 发热盘A通过圆盘样品上平面传入的热量与由散热盘P向周围环境散热的
速率相等。因此可通过散热盘P在稳定温度θ2时的散热速率求出热流量 ΔQ/Δt，方法如下，当读得稳态时的θ1 、θ2后，将样品B盘抽去，让 发热盘A的底面与散热盘P直接接触，使盘P的温度上升到比θ2高出1mV左 右时，再将发热盘A移开，放上圆盘样品（或绝缘圆盘），让散热盘P冷
热工基础实验指导书(导热系数测定)
实验二 物质导热系数测定实验一、实验目的1． 学习在稳定热流条件下测定物质导热系数的原理、方法； 2． 确定所测物质导热系数随温度变化的关系；3． 学习、掌握相关热工测量仪表的结构与使用方法。
二、 实验原理测定物质导热系数的方法有很多，如稳态平板法、球体法、常功率平面热源法等，本实验采用的是稳态多层圆筒壁同心法，如图1－1所示。
图1－1 稳态多层圆筒壁同心原理示意图被测试样装满于试样筒内，则被测试样成一圆筒型。
设试样筒的内外两侧表面温度分别为t h 和t l 。
为防止试样在筒内产生热对流，采用二个很薄的金属套管将其分隔开来，保证热量在试样筒内以导热方式径向传递。
套管壁的热阻很小，可以忽略。
当试样内维持一维稳态温度场时，则有)()()/ln(212l h l h l t t Bt t r r l Q -=-=λπλ （1－1）其中：λ为试样的导热系数，单位W/m ·℃；lr r B π2)/ln(12=为仪器几何常数， 本实验所用仪器为DTI －811型导热系数测定仪，其结构简图见图1－2。
图1－2 DTI －811型导热系数测定仪结构简图考虑到测定仪端部的热损失为Q n ，装在试样筒内且与之同心的加热器所提供的热流Q ＝IV ，只有Q l 是由径向经待测试样传出，故Q=Q l +Q n =IV （1－2）仪器端部特性用热阻R （℃/W ）表示，有：)(1l h n t t RQ -=（1－3） 把式（1－1）、（1－3）代入式（1－2），并令B/R=C ，得C tBIV-∆=λ W/（m ·℃） （1－4） 式中：△t ＝（t h －t l ），单位℃；I 、V ——电加热丝的电流（A ），电压（V ）； C ——热损失修正常数，C=B/R 。
因此，只要维持试样筒内、外侧的温度稳定，测出导热量Q l 以及试样筒内外两侧表面的温度t h 、t l ，即可由式（1－4）求得在温度t m ＝（t h +t l ）/2下试样的导热系数。
教案 测量不良导体的导热系数
教案：测量不良导体的导热系数第一章：导热系数的基本概念1.1 导热系数的定义解释导热系数的概念，让学生了解导热系数是衡量材料导热性能的重要参数。
1.2 导热系数的单位介绍国际单位制中导热系数的单位（W/(m·K)），让学生理解导热系数的量纲。
1.3 不良导体的导热特性讲解不良导体的导热特性，如温度梯度、热阻等，让学生了解不良导体的导热性能与良好导体的区别。
第二章：实验原理与设备2.1 实验原理介绍测量不良导体导热系数的实验原理，如傅里叶定律，让学生理解实验的物理基础。
2.2 实验设备列出实验所需的设备清单，包括热电偶、热流传感器、加热器、绝热材料等，让学生了解实验所需的器材。
2.3 实验步骤与注意事项详细介绍实验步骤，包括设备连接、样品准备、数据采集等，让学生掌握实验操作流程。
强调实验注意事项，如安全操作、数据准确性等，让学生注意实验安全。
第三章：实验数据分析3.1 实验数据处理方法介绍如何处理实验数据，如绘制温度-时间曲线、计算热流量等，让学生掌握数据处理技巧。
3.2 导热系数的计算公式给出计算导热系数的公式，如导热系数= (q·L)/(ΔT·A)，让学生理解导热系数计算的数学表达式。
3.3 实验结果讨论分析实验结果，让学生了解不同不良导体的导热性能差异，探讨影响导热系数的因素。
4.1 实验报告结构4.3 实验报告示例第五章：拓展与应用5.1 不良导体的应用领域介绍不良导体在工程中的应用领域，如保温材料、散热器等，让学生了解不良导体的实际应用价值。
5.2 导热系数的研究进展简要介绍导热系数研究的最新进展，如纳米材料、新型复合材料等，让学生了解该领域的科研动态。
5.3 实验思考题提供几道思考题，引导学生深入思考实验原理和应用，提高学生的综合能力。
第六章：实验误差与数据处理6.1 实验误差的来源分析实验过程中可能出现的误差来源，如仪器精度、环境干扰、操作误差等，让学生了解实验误差的影响因素。
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.
实验29 导热系数测定
实验29 测量不良导体的导热系数一 实验目的1、学习动态平板法测量不良导体导热系数的方法。
2、掌握在科学工作室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法。
良导体，约为不良导体的10~1032倍，例如铜为100.42⨯。
导热系数的SI 单位是瓦特每米开尔文，单位符号为)/(k m W ⋅。
动态平板法图29—1所示，这样的一个热传导系统，在某一时刻，对于温度为2θ、质量为m 、比热为p c 的低温盘来说，当高温物体通过待测量的样品材料以tQ ∆∆的速率给低温物体输入热量，同时低温物体向四周散热。
根据能量守恒定律有散热dtd c m dt d c m t Qp p p p '22θθ+=∆∆ （2）式中dt d 2θ为低温物体温度为2θ时的温度变化率，散热‘dtd 2θ为低温物体温度为2θ时向图29—2 导热系数测定仪图29-3 应用计算机测量温度线路连接示意图热电偶的输出经两路直流电压放大器放大后接入500型科学工作室接口，利用科学工作室软件及计算机采集加热过程中系统的温度变化特性以及切断热源后散热盘的散热曲线，如图29—4所示。
玻管内，另一端插在散热盘P 侧面的孔中。
图29-5 双通道图表4、 在判断了热电偶的参考端和测量端后，按图29-3接线，分别将两路热电偶的参考端接入两路放大器的“-”极（黑端），测量端接入“+”极（红端）。
放大器A的输出接入PASCO科学工作室500型接口的B通道，放大器B的输出接入C通道。
连接时注意电压传感器输入与放大器输出极性，同极相连。
连线完毕后，接通接口电源，点击计算机上的科学工作室软件图标，进入软件界面。
选择模拟通道的用户自定传感通道并双击进入作相应设置。
图B通道加热盘温度用户自定义传感器窗口。
拖动通道，鼠标左键点击图表中的选、点击接触良好。
热电偶冷端插入在滴有硅油的玻璃管浸入冰水混合物中。
2、准备工作就绪，点击监察Atrl+M，观察两个盘温度显示是否合理，正常才能打开加热开关。
导热系数的测定实验教案
4、大约加热40分钟后，传感器读数基本不再上升 时，每隔3分钟记录VT1和VT2的值。
稳态时加热盘和散热盘的VT1和VT2示值表
时间（min） 0 3 6 9 12 15 18 VT1（mV） VT2（mV）
5、测定散热盘在稳态值T2附近的散热速率。戴上隔 热手套，移开加热盘，取下样品盘，并使得加热盘的
Q t
m
c
T t
( Rp2 2 Rp hp ) (2 Rp2 2 Rp hp )
导热系数为：
m
c
T t
(Rp +2hp ) hb (2Rp 2hp ) (T1
T2
)
1 B2
四、实验步骤
1、实验时，先将待测样品盘放置于加热盘下面， 用固定螺母固定于支架上，再调节三个调节螺丝， 使得样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧 密接触，但不能使样品盘形变。
1、学习用稳态法测量物体的导热系数。 2、学习利用物体的散热速率来求传热速率。 3、学会用热电偶测量物体的温度。
二、实验仪器
TC-3型固体导热系数测定仪（包括以下四个部分： 热源、样品架、测温部件、计时装置）、游标卡 尺、电子天平、制冰机。
带电热板 的发热盘
样品盘
散热盘
温差电 偶
杜瓦瓶
加热选 择开关
底面和散热盘直接接触。当散热盘的温度上升到高于
稳态的VT2值0.3 mV左右后，再将加热盘移开，让散 热盘自然冷却，每隔30秒记下散热盘的VT2值，根据 测量值计算出散热速
散热速率：
时间（s） 0 VT3
（mV）
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
教案 测量不良导体的导热系数_2
教案 测量不良导体的导热系数林一仙一 实验目的1、 用稳态平板法测量不良导体的导热系数2、 用物体的散热速率求传热速率3、 掌握热电偶测量温度的方法二 实验仪器导热系数仪、杜瓦瓶, 热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游标卡尺、停表三 实验原理（一） 稳态平板法 h t Q 21θθλ-A =∆∆ （二） 为热流量, λ为该物质的导热系数, 也称热导率, h-样品厚度,（三） A -样品面积。
所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热的速率时, 系统便处于一个稳定的热平衡状态。
（四） 实验装置及方法d ht Q 2142πθθλ-=∆∆ （五） 加热铜盘, P-散热铜盘；d-样品盘的直径, h-样品盘的厚度；（六） θ1-加热铜盘的温度, θ2-散热铜盘的温度。
（七） 冷却法测量散热铜盘的散热速率∵ ； 是曲线在θ2点的斜率, 如下图∴ ()dt d h d c m P P θθθπλ2124-= 四 教学内容与步骤 1.测量样品盘的厚度h 和直径d, 并记录散热铜盘的质量。
2、系统的调整, 三个盘的顺序, 固定的顺序, 先固定加热盘, 再用三个螺丝固定三个盘。
用220V 加热15分钟, 同时将热电偶相应插入各个插孔。
提问应该怎样判断热端冷端？应该怎样使用数字电压表？五 注意事项1、 数字电压表调零要用调零旋钮和调零开关2、 量程选择20mv3、 散热铜盘上的洞要与杜瓦瓶同侧六 考核内容1、 预习报告内容是否完整, 原理图、公式、表格等是否无误。
2、 检查三个盘是否装好, 热电偶是否接对, 毫伏计是否调零。
3、 检查实验数据是否有误。
导热系数测量教案
课 题导热系数的测量1．用稳态法测定不良导热体橡胶的热导率，并与公认值进行比较；教 学 目 的 2．学习用热电偶进行温度测量。
重 难 点 1．稳态法的理解；2．导热系数测定仪的正确使用。
教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。
学 时 3个学时一、前言材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。
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。
二、实验仪器实验采用TC-3型导热系数测定仪。
该仪器采用低于36V 的隔离电压作为加热电源，安全可靠。
整个加热圆筒可上下升降和左右转动，发热圆盘旋和热散圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。
散热盘P 放在可以调节的三个螺旋头上，可使待测样品盘的上下两个表面与发热圆盘和散热圆盘紧密接触。
散热盘P 下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。
两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。
热端分别插入发热圆盘和散热圆盘的侧面小孔内。
冷、热端插入时，涂少量的硅脂，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 的数字式电压表测量，再根据附录的铜一康铜分度表转换成对应的温度值。
仪器设置了数字计时装置，计时范围166mim ，分辨率1S ，供实验时计时用。
仪器还设置了PID 自动温度控制装置，控制精度1︒C ，分辨率为0.1︒C ，供实验时加热温度控制用. 三、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T 1、T 2的平行平面（设T 1>T 2），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：h T T S t Q21-=λ∆∆ （1）式中t Q∆∆为热流量，γ 即为该物的热导率（又称作导热系数），γ 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11--⋅⋅K m W 。
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稳态的VT2值0.3 mV左右后，再将加热盘移开，让散 热盘自然冷却，每隔30秒记下散热盘的VT2值，根据 测量值计算出散热速
散热速率：
时间（s） 0 VT3
（mV）
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
6、测定样品盘和散热盘的直径及厚度。
用游标卡尺测量样品盘的直径DB和厚度 hB，各测量3次。 用游标卡尺测量散热盘的直径DP和厚度 hP，各测量3次。（来的较早的同学此 项工作可实验开始前先做）
7、用电子天平测量散热盘的质量mP。
注意事项
1、热电偶丝较细，应尽量避免弯折。 2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。 3、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高， 注意避免烫伤。
1、学习用稳态法测量物体的导热系数。 2、学习利用物体的散热速率来求传热速率。 3、学会用热电偶测量物体的温度。
二、实验仪器
TC-3型固体导热系数测定仪（包括以下四个部分： 热源、样品架、测温部件、计时装置）、游标卡 尺、电子天平、制冰机。
带电热板 的发热盘
样品盘
散热盘
温差电 偶
杜瓦瓶
加热选 择开关
4、大约加热40分钟后，传感器读数基本不再上升 时，每隔3分钟记录VT1和VT2的值。
稳态时加热盘和散热盘的VT1和VT2示值表
时间（min） 0 3 6 9 12 15 18 VT1（mV） VT2（mV）
5、测定散热盘在稳态值T2附近的散热速率。戴上隔 热手套，移开加热盘，取下样品盘，并使得加热盘的
2、在杜瓦瓶中放入冰水混合物（冰可能多一 些），将热电偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。 再将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘和散 热盘侧面的小孔中。连接好热电偶。
3、接通仪器电源，将加热开关打向“3”档， PID温度传感器设置上限温度为80 ℃。（注意：此 时热电偶的示值在3.20 mV左右。）当温度升到接 近80 ℃时，再将开关打向“1”档。
导热系数的测定
物理实验教学中心
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的 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材料热导率。通过 实验可以加深对热传导规律的理解，体会使用参 量转换法的设计思想，掌握用温度传感器测量的 方法。
一、实验目的
Q t
m
c
T t
( Rp2 2 Rp hp ) (2 Rp2 2 Rp hp )
导热系数为：
m
c
T t
(Rp +2hp ) hb (2Rp 2hp ) (T1
T2
)
1 RB2
四、实验步骤
1、实验时，先将待测样品盘放置于加热盘下面， 用固定螺母固定于支架上，再调节三个调节螺丝， 使得样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧 密接触，但不能使样品盘形变。
传感器切 换开关
温度传 感器I
外接
温度传 感器II
三、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 （如图），以 dT 表示在x处的温度梯度，以
dx
dQ 表示在该处传
dt
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 ds
dt dx
式中比例系数即为热导率，亦称导 热系数。
本实验的关键是给样品造成一个稳
定的传热状态，在此状态下，温度梯度
为：
dT T1 T2 dx h
T1、T2是样品上下表面的稳定温度，h是 样品的厚度。
设:样品盘的半径为RB ，高度为hb； 散热盘的半径为RP ，高度为hP。
则稳态时铜盘的散热速率为：