实验十七稳态法测定非良导体的热导率
利用稳态法测定不良导体的导热系数
２ １ 实验 仪器 ．
直接 接触 ， 继续 加 热 Ａ盘 ， Ａ盘 温 度 升 至 比 高 ７ ℃左
右， 停止加 热并 移去加 热 盘 Ｃ 让铝 盘 Ａ通 过外 表面 直接 ，
实验 中采用 湖南 远 景新 技 术 研 究 所研 制 的 Ｙ ＿Ｉ Ｊ Ｌ Ｚ
４ 数字智能化热学综合仪 （ 下文称为热学综合仪） 及导 热 系数 测量 实验 装 置。 导热 系数 测 量装 置见 图 １ 示 。 所
并 温 度传感 器 引线 ， Ｅ为散 热铝 盘 Ａ的温度传感 器 引线 。
６ ． ７６ ６ ３ ６．
６５． ２
３５ ． ４０ ．
４． ５
６ ． ０６ ５ ． ９８
５ ９ ８．
７０ ． ７． ５
８． ０
５ ． ５０ ５ ． ４３
５ ６ ３．
１５ ．
２０ ． ２． ５ ３０
， Ｔ ， １
热 系数 ， 键是 求 出冷却速 率 。 关 ａ ｌ
２ ３ 测量 过程 ．
是材料 自身温 度 的函数 ， 所用 材料 的导热 系数都需 要用实
验的方法精确确定。本文采取稳态平板法测量， 利用 Ｍ ｔｂ ａａ ｌ 软件对数据进行处理 ， 得到冷却速 率随时 问、 温度 的变化关
即 ＝ （） － ） ｔ ｉ， 厂 ｆ ＝＼［ ｔ ’ －］拟合级次 ｎ ６ 拟合的曲 ｎ 取 ，
线见 图 ２ 示 。 所
（绘 警～及 线 ２ 制 曲 ～ ）
得到 Ｔ＝ｆ ｔ的 函数关 系 后 ， 用 Ｍ ｔｂ中符 合运 （） 利 ａａ ｌ
算 的 ｄ 函数 可求 出 ＝ ￡对 时 间 ｉ （ ） 的一 阶导数 ＝
根 据 实 验 测 得 的 数 据 （ 表 １利 用 Ｍ ｆ ｂ中 的 ｐｌ 见 ） ａａ ｌ ｏ— ｙ
稳态法测量不良导体导热系数
稳态法测量不良导体导热系数【实验目的】1．利用物体的散热速率求传热速率。
2.（用稳态平板法测定不良导体的导热系数。
） 【仪器用具】1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表） 一台 2．杜瓦瓶（或低温实验仪） 一只/台 3．硬铝样品（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） 一根 4．橡皮样品 一块 5．测片 一把 【实验内容】1．测量不良导体----橡皮样品的导热系数。
2．测量金属----硬铝测试样品的导热系数。
3．测量空气的导热系数。
【结构特性】在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘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导热系数时，均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。
【测量范围、精度】1．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃ 温差测量的精度0.5℃;2. 计时部分：范围０～100min;最小分辨率1S, 精度:10-53. 电压表：精度0.1%;【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)进行的时候,热传导的基本公式可写为:(2-9-1)它表示在dt 时间内通过ds 面的热量为dQ,dT/dz 温度梯度,λ为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m •k),它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。
在图一中，B 为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物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，视热量沿着垂直待测圆板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Δt 时间内，通过面积为S 、厚度为h 的匀质板的热量为dt ds dz dTdQ Z ⋅-=0)(λ(2-9-2)△T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。
不良导体热导率的测定实验报告
不良导体热导率的测定实验报告一、实验目的1、了解热传导现象的基本规律。
2、学习用稳态法测量不良导体的热导率。
3、掌握热电偶测温的原理和方法。
二、实验原理当物体内存在温度梯度时，热量会从高温处向低温处传递，这种现象称为热传导。
对于一个厚度为＄d$、横截面积为＄S$ 的平板状不良导体，在稳定传热状态下，通过该导体的热流量＄Q$ 与导体两侧的温度差＄＼Delta T$ 成正比，与导体的厚度＄d$ 成反比，与导体的热导率＄＼lambda$ 成正比，即：＄Q ＝＼frac{＼lambda S ＼Delta T}｛d}＄如果在一段时间＄＼Delta t$ 内通过导体的热量为＄Q$，则热导率＄＼lambda$ 可表示为：＄＼lambda ＝＼frac{Qd}｛S\Delta T ＼Delta t}＄在本实验中，采用稳态法测量热导率。
将待测的不良导体样品制成平板状，放置在加热盘和散热盘之间。
加热盘通过电热丝加热，使热量通过样品传递到散热盘。
当加热盘和散热盘的温度稳定后，样品内的传热达到稳定状态，此时通过样品的热流量等于散热盘在单位时间内散失的热量。
散热盘在稳定温度下的散热速率可以通过测量散热盘的冷却曲线来确定。
当散热盘的温度高于环境温度时，它会向周围环境散热，其散热速率与散热盘的温度和环境温度之差成正比。
三、实验仪器1、热导率测定仪：包括加热盘、散热盘、热电偶、数字电压表等。
2、秒表3、游标卡尺4、电子天平四、实验步骤1、用游标卡尺测量样品的厚度＄d$ 和直径＄D$，计算出样品的横截面积＄S ＝＼frac{＼pi D^2}｛4}＄，用电子天平称出样品的质量＄m$ 。
2、将样品放在加热盘和散热盘之间，安装好热电偶，确保热电偶的测量端与样品良好接触。
3、接通电源，调节加热功率，使加热盘和散热盘的温度逐渐升高。
观察数字电压表的读数，当加热盘和散热盘的温度稳定后（温度变化在一定时间内小于＄01^｛＼circ}C$），记录此时加热盘和散热盘的温度＄T_1$ 和＄T_2$ 。
非良导体热导率的测量
非良导体热导率的测量【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非良导体的导热系数并用作图法冷却速率。
导热系数（又称热导率）是反映材料热性能的重要物理量，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。
【实验仪器】热导率测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪1．热导率测量的实验装置如图1所示图１图２【实验原理】1882年法国科学家傅立叶建立了热传导理论，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不良导体的导热系数。
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，起比例系数是导热系数，即：ds dxdTdt dQ λ-= （1） 式中dtdQ 为传热速率，dx dT是与面积ds 相垂直的方向上的温度梯度，“—”号表示热量从高温区域传向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小，在SI 中λ的单位是w 11--⨯⨯K m 。
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，设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的21T T 和（侧面近似绝热），即稳态时通过样品的传热速率为dt dQ = λB BS h 21T T - （2） 式中B h 为样品厚度，B S =2B R π为上表面的面积，（21T T -）为上、下表面的温度差，λ为导热系数。
稳态法测量不良导体的导热系数(讲义).pdf
稳态法测量不良导体的热导率热导率(又称导热系数)是反映材料热传导性能的重要物理量。
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，某种材料的热导率不仅与材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系.在科学实验和工程设计中，所用材料的热导率都需要用实验的方法精确测定.【实验目的】(1)掌握用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的热导率； (2)掌握用作图的方法求冷却速率； (3)学习温度传感器的应用方法； 【实验仪器】FD-TC-B 型导热系数测定仪（如图1所示它由电加热器、铜加热盘C ，橡皮样品圆盘B ，铜散热盘P 、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成）、分度值0.02mm 游标卡尺、量程3000g ,分度值为0.1g 电子天平、量程30cm ，分度值为1mm 钢板尺、秒表等.图1 FD-TC-B 导热系数测定仪装置图 【实验原理】1898年C.H.Lees 首先使用平板法测量不良导体的热导率，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：S h T T t QB21-=∆∆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，设圆盘样品的半径为B R ，则由（1）式得：221B BR h T T t Q πλ-=∆∆ (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。
(完整版)基于稳态法测不良导体的热导率的研究
北航物理实验研究性报告基于稳态法测不良导体的热导率的研究第一作者：学号：目录稳态法测量不良导体的热导率实验 ........................................................ 错误!未定义书签。
一、实验仪器 (2)二、实验原理 (3)三、实验步骤 (5)3.1实验准备 (5)3.1.1 连接实验器材 (5)3.1.2．加热并等待稳定时间 (5)3.1.3测量铜盘散热速率 (5)3.2测量数据 (6)四、实验数据再处理 (6)4.1原始数据的记录和处理 (6)4.2不确定度的计算： (8)4.3测量结果 (9)五．实验中的误差分析及讨论： (9)误差来源为： (9)5.1仪器误差 (9)5、2康-康铜热电偶数字电压表灵敏度误差 (9)5、3金属的热胀冷缩 (9)六．感想与结束 (10)摘要热导率，又称导热系数，反映物质的热传导能力。
按傅里叶定律（见热传导），其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。
测量不良导体的热导率有稳态法和动态法，本文以”稳态法测不良导体的热导率”为实验内容，利用傅里叶导热方程式和铜盘的散热规律，测量样品的热导率。
实验原理简单，但是设计精巧。
最后是实验过后自己的思考和对实验的改进的建议。
关键词稳态法傅里叶导热方程式热电偶温差计一维传播一、实验仪器稳态法测不良导体热导率实验装置A —带电热板的发热盘B —螺旋头C —螺旋头D —样品支架E —风扇F —热电偶G —杜瓦瓶H —数字电压表 P —散热盘二、实验原理根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为1θ、2θ 的平行平面（设1θ ＞2θ ），若平面面积均为S ，在t δ时间内通过面积S 的热量Q δ满足下述表达式：h S t Q21k δ δθθ-= (1) 式中tQ δ δ为热流量，k 即为该物质的热导率（又称作导热系数）。
用稳态法测不良导体的热导率
用稳态法测不良导体的热导率热传导是指热量从物体温度较高部分沿着物体传到温度较低部分的方式，它是三种传热模式（热传导、对流、辐射）之一。
各种材料都能够传热，但是不同材料的热传导性能不同。
热导率又称“导热系数”，是表征材料热传导性能的基本物理量, 其定义为单位时间内通过单位面积的热能与温度梯度之比。
热导率高的材料称为热的良导体，否则为热的不良导体。
热导率受材料本身的状态、成分、结构、密度以及湿度、温度和压力等综合因素影响。
在科研、生产很多领域，材料的热导率是应用材料的一个重要指标。
目前，测量固体材料的热导率一般有两种实验方法：稳态法和动态法。
稳态法测量是基于样品内部待测热导率方向形成稳定的温度差，利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量样品的热导率。
动态法测量热导率是在被测样品整体达到温度均匀恒定后，加载微小的温度扰动，通过检测此温度扰动直接计算出被测样品在此恒定温度下的热导率。
稳态测量法原理清晰，计算公式简单，可用于较宽温区的测量，但测定时间较长和对环境要求较严格。
动态法测试对边界条件没有太多的要求，测试设备相对比较简单，但动态法的测试数据方法一般都比较复杂，甚至要进行复杂的数学公式进行各种修正。
本实验应用稳态法中的平板法测量不良导体的热导率，学习用物体散热速率求热导率的实验方法。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理。
2. 掌握测量冷却速率的方法，以及通过散热速率求传热速率以及热导率。
3. 了解热电偶的原理以及使用方法。
【实验原理】法国数学家、物理学家约瑟夫.傅里叶（Joseph Fourier）于1882年建立了傅里叶热传导定律，即：如果物体内部有温差存在时，热量将从物体高温部分流向低温部分，时间内流过面积的热量正比于温度梯度，其比例系数既是热导率。
其热传导的基本公式为：(1) 式中为传热速率，是与面积相垂直方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温传向低温。
用稳态法测不良导体的热导率
用稳态法测不良导体的热导率热传导是指热量从物体温度较高部分沿着物体传到温度较低部分的方式，它是三种传热模式（热传导、对流、辐射）之一。
各种材料都能够传热，但是不同材料的热传导性能不同。
热导率又称“导热系数”，是表征材料热传导性能的基本物理量, 其定义为单位时间内通过单位面积的热能与温度梯度之比。
热导率高的材料称为热的良导体，否则为热的不良导体。
热导率受材料本身的状态、成分、结构、密度以及湿度、温度和压力等综合因素影响。
在科研、生产很多领域，材料的热导率是应用材料的一个重要指标。
目前，测量固体材料的热导率一般有两种实验方法：稳态法和动态法。
稳态法测量是基于样品内部待测热导率方向形成稳定的温度差，利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量样品的热导率。
动态法测量热导率是在被测样品整体达到温度均匀恒定后，加载微小的温度扰动，通过检测此温度扰动直接计算出被测样品在此恒定温度下的热导率。
稳态测量法原理清晰，计算公式简单，可用于较宽温区的测量，但测定时间较长和对环境要求较严格。
动态法测试对边界条件没有太多的要求，测试设备相对比较简单，但动态法的测试数据方法一般都比较复杂，甚至要进行复杂的数学公式进行各种修正。
本实验应用稳态法中的平板法测量不良导体的热导率，学习用物体散热速率求热导率的实验方法。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理。
2. 掌握测量冷却速率的方法，以及通过散热速率求传热速率以及热导率。
3. 了解热电偶的原理以及使用方法。
【实验原理】法国数学家、物理学家约瑟夫.傅里叶（Joseph Fourier）于1882年建立了傅里叶热传导定律，即：如果物体内部有温差存在时，热量将从物体高温部分流向低温部分，时间内流过面积的热量正比于温度梯度，其比例系数既是热导率。
其热传导的基本公式为：(1) 式中为传热速率，是与面积相垂直方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温传向低温。
稳态法测量不良导体导热系数
稳态法测量不良导体导热系数【实验目的】1．利用物体的散热速率求传热速率。
2.（用稳态平板法测定不良导体的导热系数。
）【仪器用具】1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表）一台2．杜瓦瓶（或低温实验仪）一只/台3．硬铝样品（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用）一根4．橡皮样品一块5．测片一把【实验内容】1．测量不良导体----橡皮样品的导热系数。
2．测量金属----硬铝测试样品的导热系数。
3．测量空气的导热系数。
【结构特性】在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘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导热系数时，均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。
【测量范围、精度】1．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃ 温差测量的精度0.5℃;2. 计时部分：范围０～100min;最小分辨率1S, 精度:10-53. 电压表：精度0.1%;【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)进行的时候,热传导的基本公式可写为:(2-9-1)它表示在dt 时间内通过ds 面的热量为dQ,dT/dz 温度梯度,λ为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m •k),它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。
在图一中，B 为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物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，视热量沿着垂直待测圆板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Δt 时间内，通过面积为S 、厚度为h 的匀质板的热量为(2-9-2)△ T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。
《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
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
少数热运动能量大的电子可能逸出表面
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
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
大学物理实验——
准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
实验目的
1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热 2、掌握热电偶测量温度的方法 3、学习使用数字万用表
2
实验原理
热量传递三种方式：热传导,热对流,热辐射
热传导：物体相邻部分有温差，在各部分之间不发 生相对位移，仅依靠原子、分子及自由电子等粒 子的热运动而产生的热量传递。
准稳态法测不良导体的导热系数和比热 实验报告
准稳态法测不良导体的导热系数和比热实验报告一、实验目的（1）实验一：万用表使用测量：熟悉万用表的使用方法，学习量程的选择方法，以及根据量程得到数据精度并计算不确定度的方法。
（2）实验二：热导实验：1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和热比的方法；2、掌握热电偶测量温度法方法；3、加深对直线拟合处理数据方法的理解。
二、实验一：万用表使用测量计算过程：（2）交流电源有效值∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.2%*0.34474 + 0.05%*2 = 0.0017V =X=XX0.34474 ±0.0017V±=∆（3）交流信号的频率∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.01%*999.98 + 0.003%*2000 = 0.16Hz =XX999.98 ±0.16Hz=X∆=±（4）电阻∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.020%*10.9457 + 0.004%*20 = 0.003kΩ=X==XX10.9457 ±0.003kΩ±∆（5）电容∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=1%*0.930 + 0.5%*2=0.019uF ==XX0.930 ±0.019uFX±=∆（6）二极管∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.06%*0.5735+0.020%*2 = 0.0007V =X=XX0.5736 ±0.0007V∆=±实验二：热导实验三、数据处理（2）U1(t2t1)~τ，U2(t1tc)~τ曲线分析：当样品进入准稳态时，样品内各点的温升速率相同并保持不变，且样品内两点间温差恒定。
对应的电压值变化趋势为：中心面和冷面温差U2(t1tc)线性增长，热面和中心面温差U1(t2t1)基本保持不变。
非良导体热导率的测量带实验大数据处理
本科实验报告（阅）实验名称:非良导体热导率的测量实验11 非良导体热导率的测量【实验目的和要求】1.学习热学实验的基本知识和技能。
2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。
3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。
【实验原理】热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。
热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。
设有一厚度为l、底面积为S的薄圆板，上下两底面的温度T，T不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为dQ dT =−λSo dTdl(1)图1 测量样品式中，dQdT =Φ为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；dTdl为薄圆板内热流方向上的温度梯度，式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反；λ为待测薄圆板的热导率。
如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则dtdl =ΔTΔL=T2−T1l，于是φ=dQdT =−λSo T2−T1dl(2)得到λ=−ϕSo(T2−T1)l⁄关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。
2.测出稳恒态时的φ。
1．建立稳恒态为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间，且紧密接触，（见图2）。
图二测量装置C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。
首先，可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。
B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度T A逐渐升高。
当T A高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。
由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。
当单位时间内A 从B获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A 的温度就稳定不变了。
实验十七 稳态法测定非良导体的热导率
实验十七 稳态法测定非良导体的热导率实验内容1.学习传热学的有关概念和冷却速度的测定方法。
2.了解傅立叶传热定律，测定非良导体的热导率。
教学要求•• 1．了解物理量的间接测量方法。
2．学习用作图法确定瞬态量的方法。
实验器材EH-3数字化热学实验仪，盘式加热器，待测非良导体，温度计(0～500C 和0～1000C 各一支)，游标卡尺，电子秒表（具有多次记时功能）。
热传导是热量传播的三种方式之一，它是由物体直接接触而产生的，热导率是反映物体热传导性能的一个物理量，热导率大的物体具有良好的导热性能，称为热的良导体；热导率小的物体则称为热的非良导体。
一般说来，金属的热导率比非金属大，固体的热导率比液体大，气体最小。
测定物体的热导率对于了解物体的传热性能具有重要意义，在建筑物与冷库设计中，经常需要了解材料的热导率，以确定建筑物和冷库的保温能力。
测量有动态与稳态两大类方法，本实验采用稳态法测定非良导体的热导率。
实验原理稳态法测定热导率是利用傅立叶传热定律来进行的。
设有一厚度为Ｌ，底面积为Ｓ0的薄圆板，上、下两底面的温度分别为Ｔ1和Ｔ2，且Ｔ1>Ｔ2，则有热量自上底面传向下底面。
由傅立叶传热定律得：dl dTS dt dQ 0λ-= （17-1） 记dtdQ =ϕ，称为热流速率，•它代表单位时间流过薄圆板的热量。
dl dT 是薄圆板内热流方向上的温度梯度，由于热流方向与温度梯度的方向相反，式中用一个负号来表示。
λ是待测薄圆板材料的热导率，它是由薄圆板的传热性质所决定的常数。
如果能保持上、下两底面温度不变（这种状态称为稳恒态），且传热面均匀（在实际实验中，即要求L 很小或2L 《0S ，薄圆板侧面的散热可以忽略，则LT T l T dl dT 12-=∆∆= (17-2) 将（17-2）式代入（17-1）式得LT T S dt dQ120--==λϕ，整理可得 )(120T T S L--=ϕλ (17-3)由(17-3)式可知，测量热导率λ的关键是：一是在待测薄圆板中建立热传导稳恒态，测出待测薄圆板两底面的稳恒温度；二是测出稳恒态时待测薄圆板内的热流速率ϕ。
非良导体热导率的测量
非良导体热导率的测量【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非良导体的导热系数并用作图法冷却速率。
导热系数（又称热导率）是反映材料热性能的重要物理量，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。
【实验仪器】热导率测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪1．热导率测量的实验装置如图1所示图１图２【实验原理】1882年法国科学家傅立叶建立了热传导理论，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不良导体的导热系数。
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，起比例系数是导热系数，即：ds dxdTdt dQ λ-= （1） 式中dt dQ 为传热速率，dxdT是与面积ds 相垂直的方向上的温度梯度，“—”号表示热量从高温区域传向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小，在SI 中λ的单位是w 11--⨯⨯K m 。
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，设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的21T T 和（侧面近似绝热），即稳态时通过样品的传热速率为dt dQ = λB BS h 21T T - （2） 式中B h 为样品厚度，B S =2B R π为上表面的面积，（21T T -）为上、下表面的温度差，λ为导热系数。
不良导体热导率的测定实验报告
实验名称：不良导体导热系数的测定目的：1.学习一种测量不良导体热导率的方法。
2.学习导热系数实验仪。
为了准确测量加热板和散热器的温度，两个传感器应涂导热硅脂或硅油，以使传感器与加热板和散热板完全接触；另外，在加热橡胶样品时，为了达到稳定的传热效果，调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热板和散热板紧密接触，注意不要有气隙。
在中间;并且不要将螺丝拧得太紧而影响样品的厚度。
2.导热系数实验仪的铜板下方的风扇用于强制对流传热，以减小样品侧面和底部之间的放热率，增加样品内部的温度梯度，从而减少实验误差。
因此，在实验期间必须打开风扇。
[实验原理]导热系数是表征材料导热系数的物理量。
材料结构的变化和杂质的不同对材料的热导率有明显的影响，因此材料的热导率经常需要通过实验来测量。
测量导热系数的实验方法一般分为两种：稳态法和动态法。
在稳态方法中，首先使用热源加热样品。
样品内部的温差使热量从高温传递到低温。
样品中每个点的温度都会随着加热速度和传热速度的变化而变化。
通过适当控制实验条件和参数，可以平衡加热和传热的过程。
可以在室内形成稳定的温度分布，据此可以计算出导热系数。
在动态方法中，样品中的最终温度分布会随时间变化，例如周期性变化。
变化的周期和幅度还受实验条件和加热速度的影响，并且与热导率有关。
在本实验中，通过稳态法测量了不良导体（橡胶样品）的热导率，并学习了通过物体的散热率计算出导热率的实验方法。
1898年首先通过平板方法（一种稳态方法）测量不良导体的热导率。
在实验中，将样品制成平板，其上端面与稳定的均匀加热体完全接触，而下端面与均匀的散热器接触。
由于板样品的侧面面积比板平面的侧面面积小得多，因此可以认为热量仅沿上下方向垂直传递，而从侧面散发的热量可以忽略不计。
也就是说，样品中样品平面的垂直方向上仅存在温度梯度，并且在同一平面中的各处温度都相同。
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告稳态法测量不良导体导热系数稳态法测量不良导体导热系数摘要:导热系数是反映材料导热性能的物理量，在加热器、散热器、导热管道、冰箱制造、建筑保温隔热设计等领域都涉及该设计参数。
材料的导热系数与材料的容量、空隙率、湿度、温度等因素有关，小于0.25W/m?K的材料为绝热材料。
导热系数的测量方法有稳态法和动态法两类，本实验采用稳态法。
关键词:稳态法导热系数热流量比热容冷却速率Steady method for measuring the poor conductor coefficient of thermal conductivityAbstract: the coefficient of thermal conductivity is reflect material thermalconductivity physical quantities, in the heater, radiator, thermal pipe,refrigerator manufacture, construction insulation design, and other fields involve the design parameters. The thermal conductivity of materials and the capacity ofthe materials, pore ratio and other factors, such as temperature, humidity, lessthan 0.25 W/m k. materials for insulation. Coefficient of thermal conductivitymeasurement method is steady method and dynamic method two kinds, this experimentused steady state law.Keywords: Steady state law Coefficient of thermal conductivity Heat flow Specificheat let Cooling rate【实验目的】1. 学习用稳态法测量不良导体的导热系数。
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实验十七 稳态法测定非良导体的热导率实验内容1.学习传热学的有关概念和冷却速度的测定方法。
2.了解傅立叶传热定律，测定非良导体的热导率。
教学要求•• 1．了解物理量的间接测量方法。
2．学习用作图法确定瞬态量的方法。
实验器材EH-3数字化热学实验仪，盘式加热器，待测非良导体，温度计(0～500C 和0～1000C各一支)，游标卡尺，电子秒表（具有多次记时功能）。
热传导是热量传播的三种方式之一，它是由物体直接接触而产生的，热导率是反映物体热传导性能的一个物理量，热导率大的物体具有良好的导热性能，称为热的良导体；热导率小的物体则称为热的非良导体。
一般说来，金属的热导率比非金属大，固体的热导率比液体大，气体最小。
测定物体的热导率对于了解物体的传热性能具有重要意义，在消防研究与鉴定中，经常需要了解材料的热导率，以确定建筑物的放火等级与耐火极限等。
本实验是用稳态法测定非良导体的热导率。
实验原理稳态法测定热导率是利用傅立叶传热定律来进行的。
设有一厚度为Ｌ，底面积为Ｓ0的薄圆板，上、下两底面的温度分别为Ｔ1和Ｔ2，且Ｔ1>Ｔ2，则有热量自上底面传向下底面。
由傅立叶传热定律得：dldT S dt dQ 0λ-= （17-1） 记dt dQ =ϕ，称为热流速率，•它代表单位时间流过薄圆板的热量。
dl dT 是薄圆板内热流方向上的温度梯度，由于热流方向与温度梯度的方向相反，式中用一个负号来表示。
λ是待测薄圆板材料的热导率，它是由薄圆板的传热性质所决定的常数。
如果能保持上、下两底面温度不变（这种状态称为稳恒态），且传热面均匀（在实际实验中，即要求L 很小或2L 《0S ，薄圆板侧面的散热可以忽略，则 LT T l T dl dT 12-=∆∆= (17-2) 将（17-2）式代入（17-1）式得LT T S dt dQ 120--==λϕ，整理可得 )(120T T S L --=ϕλ (17-3) 由(17-3)式可知，测量热导率λ的关键是：一是在待测薄圆板中建立热传导稳恒态，测出待测薄圆板两底面的稳恒温度；二是测出稳恒态时待测薄圆板内的热流速率ϕ。
下面就分别予以讨论。
1．稳恒态的建立为了获得稳恒态，实验中将待测圆盘Ｂ置于两个直经与Ｂ相同的铝圆柱体Ａ、Ｃ之间，且紧密接触。
Ｃ内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者是用来作热源的，后者是用于控制C 盘的温度。
首先，接通ＥＨ－物理实验仪与Ｃ内的加热电阻丝，并将其温度稳定在设定的温度值上（如850C ）。
待测薄圆板Ｂ的热导率尽管很小，但不为零，故有热量通过Ｂ传递给散热盘Ａ，使Ａ的温度逐渐升高，当ＴA 高于周围空气的温度时，Ａ将向周围空气散发出热量。
由于Ｃ的温度稳定不变，随着Ａ的温度的升高，一方面热量从Ｃ通过Ｂ流向Ａ的热流速率不断减小，另一方面Ａ向周围空气散热的速率则不断增大。
当单位时间内Ａ从Ｂ获得的热流速率等于它向周围空气中散热的热流速率时，散热盘Ａ的温度将稳定不变了。
这时，稳恒态就建立起来了。
2．稳恒态时ϕ值的测量在稳恒条件下，流过待测薄圆板Ｂ的热流速率ϕ，就是散热盘Ａ从Ｂ获得热量的热流速率。
而稳恒态下流入Ａ的热流速率ϕ与A 散热的热流速率ϕ'相等。
所以，可以通过测量散热盘Ａ在稳恒态时散热的热流速率ϕ'来确定待测薄圆板Ｂ内的热流速率ϕ。
设Ａ单独存在时，它在稳恒温度点下向周围空气散热的热流速率为2222)(0T T AT A T n cm dt dT cm dt cmT d dt dQ ====ϕ (17-4) 式中,c 为Ａ的比热，ｍ为Ａ的质量，2T n 称为在稳恒温度Ｔ2时Ａ的冷却速度。
因此，只要测出n ，就可由（17-4）算出0ϕ。
0ϕ称为Ａ自然冷却时的热流速率。
散热盘Ａ的冷却速度可以通过冷却曲线求得。
具体方法是：当实验加热装置达到稳恒态后，分别记下Ａ、Ｃ的稳恒温度Ｔ2 、Ｔ1 ，断开电源并将待测薄圆板Ｂ移开，让Ａ、Ｃ直接接触数秒钟，使Ａ的温度升高至Ｔ2+２.000 C 以上，再移开Ｃ，任Ａ自然冷却，当ＴA 降到比Ｔ2+１.500Ｃ时开始读数计时，ＴA 每改变0.10度记下对应的时间，直到ＴA降至Ｔ2-1.500Ｃ为止。
然后以时间ｔ为横坐标，以温度ＴA 为纵坐标，作出Ａ的冷却曲线ＴA ～t ，过冷却曲线上纵坐标为Ｔ2 的点作冷却曲线的切线，则此切线的斜率就是Ａ在Ｔ2时的自然冷却速度n ，即ba b a T A t t T T dt dT n --==2 (17-5) 于是有 ba b a t t T T cm cmn --==0ϕ (17-6) 但要注意,Ａ在自然冷却时的散热速度0ϕ与在实验稳恒态下散热的热流速率ϕ'是不同的。
因为Ａ在自然冷却时，它的所有外表面都暴露在空气中，都可以散热；而在实验稳恒态时，Ａ的上表面与Ｂ接触是不散热的。
传热学定律告述我们，物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露在空气中的表面积成正比。
设Ａ的上、下底面直经为Ｄ，高为ｄ，则有即dD d D cmn d D d D 4244240++=++=ϕϕ (17-7) ••将上式代入(17-3)得122)2()4(2T T n d D D d D cmL -⋅++=πλ (17-8) 可见，通过实验建立系统稳恒态，并在此基础上测出Ａ的冷却曲线，便可由(17-8)式算出待测材料的热导率。
操作步骤•• １．建立稳恒态，测量C 、A 的稳恒温度。
由于稳恒态的建立与过程无关，为缩短实验时间，在接通电源对Ｃ加热时，可先将待测薄圆板移开，将Ｃ与Ａ直接接触，通过Ｃ直接将Ａ加热到它的稳恒温度点附近（当Ｃ的设定稳恒温度为900Ｃ时，Ａ的稳恒温度在冬天约为270Ｃ，夏天约为390Ｃ）；然后再将Ｂ插入，耐心等待大约40分钟，认真观察A 、C 的温度变化，在C 的温度稳定的前提下，如果A 的温度在５分钟内变化不到0.10Ｃ，即可认为系统已经达到稳恒态。
记下C 、Ａ的温度分别为Ｔ1、Ｔ2。
•• ２．在自然冷却的情形下，测量Ａ的冷却曲线——温度随时间变化规律的曲线。
首先将C 与A 直接接触数秒，当A 的温度达到T 2+2.000C 时移去C ；然后从Ｔ2＋1.500Ｃ到Ｔ2-1.500Ｃ测量A 的冷却规律，A 的温度每改变0.10C 记录一次时间。
•• ３．用游标卡尺测出待测薄片Ｂ的厚度L ，铝圆柱体Ａ的高度ｄ和底面直经Ｄ，记下Ａ盘的质量m 。
•• ４．在坐标纸上作Ａ的冷却曲线，并在稳恒温度Ｔ2处作此曲线的切线，求出切线的斜率ｎ，此即热流速率。
•• ５．利用实验测量数据，代入(17-8)式，求出薄圆板的热导率λ。
注意事项1．实验中，注意不要接触仪器的加热部分，以免烫伤2．盘Ａ内插入长温度计，加热盘Ｃ内插入短温度计，二者不可交换，长温度计的读数应能达到0.010Ｃ的数量级。
3．一定要等到稳恒态建立后，并且已准确记下Ａ、Ｃ的稳恒温度Ｔ2、Ｔ1，才能关掉电源。
4．测量Ａ的自然冷却速度时，特别在温度T 2附近要尽量多读取一些数据。
5．建立稳恒态时，当Ａ接近稳恒温度时要特别注意观察Ａ的温度变化。
6．加热时，可先加上高电压，然后降低电压。
问题讨论１．实验中介绍的测量的方法是否适合于测量热的良导体的热导率？为什么？ ２．为什么要在通过纵坐标为Ｔ2 的ＴA ～t 曲线上的点作切线，此切线的斜率代表什么？如不通过Ｔ2点作切线，则用此切线的斜率代入式(17-7)和(17-8)计算的值,将会产生什么后果？３．引起测量不确定度的主要因素有哪些？如何减小测量不确定度？４．什么叫稳恒态？如何判断待测圆盘Ｂ上、下表面的传热达到稳定？附录一、ＥＨ-3数字化热学实验仪本实验中用作加热和控制热源温度的ＥＨ-3数字化热学实验仪是多用实验仪器，它可用来作可控热源、稳压电源、电位差计工作电源。
该仪器采用按键功能操作，灵敏节; 6.”探头2温度/输出电压”显示切换开关; 7.”探头1温度显示/温度设定”切换开关; 8.输出电压指示灯; 9.测温探头2显示指示灯; 10. 测温探头1显示指示灯;11.温度设定指示灯; 12.温度设定选择开关; 13.显示表头1; 14.显示表头2;15.加热盘四芯电缆连接座; 16.2A保险丝; 17.带保险电源插座具体的使用方法简介如下：首先连接好电源线、加热盘与四芯电缆线、测温探头1和测温探头2，将测温探头1插入加热盘的测温孔内，开启电源开关，便可进行实验。
1．加热温度设定按下“显示1切换”开关，显示1即指示加热盘的当前设定温度（只是粗略值，准确值可由测温探头或温度计测出），可以通过“热源温度选择”开关选择所需的加热温度，此时“设定温度”指示灯亮。
若未选择设定温度，显示1显示为“0”。
2．测温弹起“显示1切换”开关，“显示1”显示探头1测得的加热温度，此时“探头1温度”指示灯亮，“设定温度”指示灯灭。
弹起“显示2切换”开关，“显示2”显示探头2测得的温度，此时“探头2温度”指示灯亮。
3．6V直流电压输出将二芯电缆插入“6V输出”插座，按下“显示2切换”，“显示2”显示输出电压的大小，此时“输出电压”指示灯亮，“探头2温度”指示灯灭。
可以通过6V输出“电压调节”旋钮改变输出电压的大小。
4．注意事项(1)加热盘与主机应按编号配套使用。
否则，可能导致设定温度与控制温度偏差太大。
(2)为避免不必要的人为损坏，使用过程中尽量不要将电缆从主机或加热盘的连接中断开。