稳态法测量热导率
稳态法测不良导体的导热系数
稳态法测量不良导体的导热系数由于温度不均匀，热量从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。
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对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。
测量导热系数的方法一般分为两类：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. 学习用稳态法测量不良导体的导热系数。
2. 了解物体热传导的规律。
【实验原理】1. 将厚度为h，截面积为S 的物体作为待测样品，利用热源对待测样品加热，当达到稳定状态后样品温度高的一面温度为Q 1，温度低的一面温度为Q 2。
设在时间Δt 内，由温度高的一面传向温度低的一面的热量为ΔQ。
实验证明，传递的热量ΔQ 与样品截面积S 的大小及温度梯度（θ1-θ2）/h 和时间Δt 成正比，即ΔQ=λSΔt（θ1-θ2）/h将上述公式改写成傅里叶导热方程式即热传导的基本公式h S t Q 21θθλ−=ΔΔ （1） 式中tQ ΔΔ为传热速率 。
λ为该物质的热导率，（又称导热系数），与材料性质有关。
λ在数值上等于相距单位厚度的两平面，温度相差1个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量；其单位为瓦特每米开尔文即W/（m·K）。
2. 本实验装置如图（1）所示，在支架D上先后放上圆铜盘P、待测样品（圆盘形橡皮板）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，它们的数值分别用安插在A、P 侧面深孔中的热电偶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 为双向开关，用以变换上、下热电偶的测量回路。
数字式电压表F 用以测量温差电动势。
由式（1）可知，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为221B BR h t Q πθθλ−=ΔΔ （2） 式中R B 为圆盘样品的半径，h B 为样品厚度。
稳态法测算导热系数的原理
第 29卷 第4期 Vol 29 No 4
Fig. 1
图 1 一维无限大平板稳态导热模型 St eady st at e t h ermal conduct ion model of on e dimen sional
inf init e plat e
由 Fourier 定律推导出的导热系数计算公式为[ 5]
= q1L
( 1)
T 1- T2
of natural convection in large space
G r ran ge
Flow st at e
C
n
104 < Gr< 3 109
Laminar fl ow
0. 59
0. 25
3 109 < Gr< 2 1010 T ran sit ional f low 0. 0292
0. 39
空气热膨胀系数 = ( 273. 15+ T m) - 1 , 且参数 v, a, 0
可根据定性温度 T m 在 干空气的热物理性质表 中查
究者对此模型进行了改进, 考虑了侧壁的对流换热, 并
推导出了修正公式[ 3]
q1A 1 + q0A 0 =
A 1(T1 - T2) L
( 2)
=
q1 +
q0 A 0 A1
L
(T 1- T2)
( 3)
图 2 试样的三维传热模型示意图 Fig. 2 T hermal con duct ion model of t hree dimensional plat e
【稳态法测热容】实验报告
基础物理实验报告（预习报告）一、实验名称：稳态法测不良导体的热导率 二、实验目的：1、熟悉热学实验中的基本问题：量热和计温；2、了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；3、熟悉热学实验中基本仪器的使用。
三、实验仪器量热器、电子天平、数字三用表、加热器、停表；稳态法试验装置。
四、实验原理所谓稳态法，就是设法利用热源在待测样品内部形成不随时间改变的稳定温度分布，然后进行测量。
热传导基本公式：傅里叶导热方程式。
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Θ1和Θ2的平行平面（设Θ1>Θ2）,若平面面积均为S ，则在δt 时间内通过S 的热量δQ 满足：δQ δt =kS Θ1−Θ2h其中，δQ/δt 表示热流强度，k 是该物质的热导率（又叫导热系数），单位为W/(m ·K )。
本装置如图所示：在支架D 上放上黄铜片P 、待测样品B （圆盘形不良导体，有两种，最好选橡胶垫）和厚底紫铜原片A 。
A 上方用红外灯L 加热，使样品上下表面分别维持在稳定的温度Θ1和Θ2，Θ1和Θ2用热电偶E 来测量。
E 的冷端侵入成有冰水混合物的杜瓦瓶中（注意应保持试验中始终有一定量的冰水混合物，保持0摄氏度的参考温度不变）则，单位时间内，通过待测样品任一圆截面的热流量为δQ δt =kπd B 24Θ1−Θ2ℎB式中d B 为圆盘样品的直径，h B 为样品厚度。
此时，P 的散热率极为单位时间内流过B 盘的而流量。
因此可通过测量P 在Θ2的散热速率来求δQ/δt 。
δQ δt=m P c δΘδt πdP 24⁄+πd P ℎP πd P22⁄+πd P ℎP故k =m P cδΘδt d P +4ℎP d P +2ℎP ℎB Θ1−Θ22πd B 2此外，因为式中存在δΘδt （Θ1−Θ2）项，同时我们认为温度差与电压示数是成正比的，因此我们可以完全用测得的电压值代替温度并进行计算。
五、预习思考题1、说明δQ δt=kSΘ1−Θ2h和k =m P cδΘδt d P +4ℎPd P +2ℎP ℎBΘ1−Θ22πd B 2成立的条件，在实验中如何给予满足？答:这两个公式成立的条件有：傅里叶热传导方程仅适用于有限温度区间内，因此温度不宜太高也不宜太低；所有接触面的S 都为同一值，这个有实验器材决定；Θ1、Θ2为稳态时的值，因此必须保证Θ1、Θ2在较长的时间内维持稳定不变才能继续进行测量；AP 两板必须保持平行，通过采用平整度很好的实验材料及调节水平控制螺钉实现。
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。
(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）。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
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 2R ，初始温度为 t0 ，现在平 板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度 qc ，则平 板各处的温度 t(x, ) 将随加热时间 而变化。
3－3 接线原理图及接线说明
实验时，将两只热电偶的热端分别置于样品的“加热面中心”和“中心面中心”，冷端置于保温 杯中，接线插孔实物和接线原理如图 B2－7、图 B2－8 所示。
⑴ 放大盒的两个“中心面热端＋”相互短接再与左横梁的中心面热端 “＋”相连（三个绿色 插孔）；
⑵ 放大盒的“中心面冷端＋”与保温杯的“中心面冷端＋”相连（二个蓝色插孔）； ⑶ 放大盒的“加热面热端＋”与右横梁的“加热面热端＋”相连（二个黄色插孔）；
根据式（B2－6），只要测量进入准稳态后加热面和中心面间的温度差 t ，并由实验条件确定相
关参量 qc 和 R ，则可以得到待测材料的导热系数 。
另外在进入准稳态后，由比热的定义和能量守恒关系，可以得到下列关系式：
qc
c
R
t
（B2－7）
比热为：
c qc R t
（B2－8）
式中 t 为准稳态条件下试件中心面的温升速率（进入准稳态后各点的温升速率是相同的）。
由以上分析可以得到结论：只要在上述模型中测量出系统进入准稳态后加热面和中心面间的温 度差和中心面的温升速率，即可由式（B2－6）和式（B2－8）得到待测材料的导热系数和比热。
稳态法测量物体的导热系数——讲义
实验4 稳态法测量物体的导热系数导热系数是表征物体传热性能的物理量，它与材料本身的性质、结构、湿度及压力等因素有关。
测量导热系数的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，则待测样品内部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。
本实验采用稳态法。
【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。
【预习要点】（1）复习游标卡尺的使用；（2）热传导的特点是什么？用什么公式描述这一现象？（3）用稳态法测定不良导体导热系数时，稳态指的是什么？怎样判断是否到达稳态？ （4）本实验怎样通过转换法计算传热速率？计算散热速率时，怎样采集和选用实验数据？【实验原理】当物体内部温度不均匀时，热量会自动地从高温处传递到低温度处，这种现象称为热传导，它是热交换基本形式之一。
设在物体内部垂直于热传导的方向上取相距为h 、温度分别为1T 、2T 的二个平行平面(图4.1)。
由于h 很小，可认为二平面的面积均为S ，则在t ∆时间内，沿平面S 的垂直方向所传递的热量满足下列傅里叶导热方程式()hT T S t Q21-=∆∆λ (4.1) 上式为热传导的基本公式，由法国数学家、物理学家约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)导出。
式中比例系数λ称为导热系数，又称热导率，它是表征材料热传导性能的一个重要参数。
λ与物体本身材料的性质及温度有关，材料的结构变化与杂质多寡对λ都有明显的影响，同时，环境温度对λ也有影响。
在各向异性材料中，即使同一种材料，其各个方向上的λ值也不相等。
由式(4.1)知，导热系数λ在数值上等于两个相距单位长度的平行平面，当温度相差一个单位时，在垂直于热传导方向上单位时间内流过单位面积的热量。
稳态法测量热导率
近代物理实验上实验报告：稳态法测量热导率专业：班级：学号：姓名：指导教师：稳态法测量热导率一、实验目的1.学会用稳态平板法测定不良导体的导热系数；2.学习用作图法求解热速率。
二、实验仪器FD-TC-B 型导热系数测定仪装置如图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。
图1 FD-TC-B 导热系数测定仪装置图三、实验原理稳态法测量热导率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1θ、2θ，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：S ht Q 21θθλ-=∆∆ （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：221d 4B ht Q θθλ-=∆∆ （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。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应加热，可以设定加热盘的热盘的温度。
当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度不变，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 2θ时的散热速率来求出热流量tQ ∆∆实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度后，将样品B 抽去，让加热盘C 与散热盘P 解触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的2θ值20C ︒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θ随时间t 的下降情况，求出散热盘在2θ时的冷却速率2θθθ=∆∆t，则散热盘P 在2θ时的散热速率为2mc θθθ=∆∆=∆∆tt Q （３）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：()()ppp ph R h R tt Q ππππθθθ2R 22R mc 2p2p 2++∆∆=∆∆= （４）其中p R 为散热盘Ｐ的半径，p h 为其厚度。
准稳态法比热导热系数测定
准稳态法比热导热系数测定准稳态法比热导热系数测定（Steady State Method for Thermal Conductivity Determination，简称SSMT）是一种用于测量物质的比热导热系数的方法。
这种方法基本上是建立在热力学原理和热传导基础之上的，它可以测量物体表面的温度以及深入到物体内部的温度变化，从而可以测量出物体内部的比热导热系数。
准稳态法比热导热系数测定，也称为“热传射”法，是一种采用稳态传热作用原理的测量技术。
它通过检测物体内部的温度分布和外表层的温度变化，来计算出物体的比热导热系数，从而检测物体的热性能。
其基本原理如下：将物体表面施加一较高的温度，然后检测物体内部的温度分布，利用基本的热传导理论，根据物体表面的温度变化和物体内部温度分布，可以得到物体的比热导热系数。
准稳态法比热导热系数测定的基本步骤包括：1. 首先要设计一个可以把物体表面受到一定温度的装置。
2. 测量物体表面的温度，以及物体内部不同位置处的温度。
3. 用所测得的物体表面温度和物体内部温度，结合热传导理论，求出物体的比热导热系数。
因为热传射法的原理涉及到物体的温度分布，所以准稳态法比热导热系数测定需要更加复杂的测量装置。
例如，在针对薄膜或弹性体的测量中，必须使用温度压力测量测定装置，以检测膜或弹性体表层的温度；在针对隔热材料、绝热材料或者实体固体的测量中，必须使用热电偶测试仪，以检测物体内部的温度变化情况。
此外，准稳态法比热导热系数测定还需要有一套完善的计算方法，以实时计算出物体的比热导热系数。
常用的计算方法有：热传导方程的解析解法、有限差分法、有限元法等。
准稳态法比热导热系数测定的优点在于可以直接测量物体表面和内部的温度，并从而求出物体的比热导热系数，而且这种方法对于测量物体表面的温度变化以及物体内部的温度分布都十分精确。
缺点在于需要一套完善的测量装置以及一段较长的测量时间，而且计算过程也比较复杂。
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。
实验八 准稳态法测量比热和导热系数
实验八 准稳态法测量比热和导热系数热传递的三种基本方式包括热传导，热对流和热辐射，而衡量物质热传导特性的重要参数是物质的比热和导热系数。
以往对于比热和导热系数的测量大都使用稳态法，但是该方法要求温度和热流量均要稳定，因而要求实验条件较为严格，从而导致了该方法测量的重复性，稳定性及一致性差，误差大。
该实验采用一种新的测量方法，即准稳态方法，实验过程中只要求被加热物质的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该物质的比热和导热系数。
比热定义为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)，它表征了物质吸热或者放热的本领。
导热系数定义为单位温度梯度下，单位时间内由单位面积传递的热量，单位为W/(m·K)，即瓦/(米·开)，它表征了物体导热能力的大小。
了解物质的热力学特性有很多应用，如了解土壤或岩石的热力学特性有助于人们了解该地区的大气环境特征。
了解混凝土制品的比热和导热系数有助于人们了解材料的保温特性，开发更好保温或隔热材料。
了解玻璃建筑材料的比热和导热系数，有助于人们研究和开发更加保温以及安全的玻璃制品。
交通方面，由于道路结构处于不断变化的温度环境中，了解沥青或沥青混合料的热力学特性参数，能够使人们精确的模拟道路结构温度场，了解不同状况下道路材料对于各种交通工具的影响。
了解橡胶的热力学特性参数，有助于人们开发出更加安全的交通道路和轮胎材料。
【实验目的】1. 了解利用准稳态方法测量物质的比热和导热系数的原理；2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法。
【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪；2. 实验样品包括橡胶和有机玻璃各一套，(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8-1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2R ，初始温度为t 0，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度q c ，则平板各处的温度t (x ,τ)将随加热时间τ而变化。
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。
实验稳态法测定材料导热系数实验
实验稳态法测定材料导热系数实验一．实验目的1．了解热传导现象的物理过程；2．掌握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．掌握用热电转换方式进行温度测量的方法；二．实验原理导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。
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所示）。
以dT/dz 表示在Z 处的温度梯度，以dQ/dτ 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：(S1-1)图1 导热示意图式中的负号表示热量从高温区向低温区传导，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。
利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dτ。
1.温度梯度为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体铜板之间（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。
样品厚度可做成h ≤D （样品直径）。
这样，由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。
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h 和两块铜板的温度dt dsdT dQ Z⋅-=0)(λ板板图2铜板导热示意图T1、T2 ，就可以确定样品内的温度梯度度 (T1-T2)/h 。
当然这需要铜板与样品表面的紧密接触，无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。
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：
稳态法测量热导率
近代物理实验上实验报告：稳态法测量热导率专业：班级：学号：姓名：指导教师：稳态法测量热导率一、实验目的1.学会用稳态平板法测定不良导体的导热系数；2.学习用作图法求解热速率。
二、实验仪器FD-TC-B 型导热系数测定仪装置如图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。
图1 FD-TC-B 导热系数测定仪装置图三、实验原理稳态法测量热导率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1θ、2θ，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：S ht Q 21θθλ-=∆∆ （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：221d 4B ht Q θθλ-=∆∆ （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。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应加热，可以设定加热盘的热盘的温度。
当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度不变，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 2θ时的散热速率来求出热流量tQ ∆∆实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度后，将样品B 抽去，让加热盘C 与散热盘P 解触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的2θ值20C ︒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θ随时间t 的下降情况，求出散热盘在2θ时的冷却速率2θθθ=∆∆t，则散热盘P 在2θ时的散热速率为2mc θθθ=∆∆=∆∆tt Q （３）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：()()ppp ph R h R tt Q ππππθθθ2R 22R mc 2p2p 2++∆∆=∆∆= （４）其中p R 为散热盘Ｐ的半径，p h 为其厚度。
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。
实验四：稳态平板法测定绝热材料导热系数
实验四 稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ一、 实验目的1、 巩固和深化稳态导热进程的大体理论，学习用平板法测绝热材料热导率的实验方式和技术2、 测定实验材料的热导率3、 确信实验材料热导率与温度的转变关系二、 实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量。
对不同的材料，热导率各不相同；对同种材料，热导率会随温度、压力、含湿量、物质的结构和密度等因素而不同。
各类材料的热导率都是采纳实验方式来测定的，若是别离考虑不同因素的阻碍，就需要对各类因素加以实验，往往不能只在一种实验设备上进行。
稳态平板法是应用一维稳态导热进程的大体原理来测定材料热导率的方式，能够用来测定材料的热导率及其与温度的转变关系。
实验设备是依照在一维稳态情形下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差Δt 成正比，与平板的厚度成反比δ，与热导率λ成正比的关系来设计的。
由一维稳态理论，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长与壁宽）的稳态导热量为：δλtAQ ∆= w测试时，若是能够测得平板两面的温差Δt=tR-tL 、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积A 和通过平板的热流量Q ，即可依照下式计算得出热导率λ：At Q δλ∆=W/m.℃ 上式计算得出的热导率是那时平均温度下材料的热导率值，此平均温度为：)t t (21t L R +=℃ 在不同的温度和温差条件下测出相应的热导率λ，将λ值标在λ—t 坐标图内，就可得出λ=f(t )的关系曲线。
三、 实验装置及测量仪表稳态平板法测绝热材料热导率的实验装置如图1和图2所示。
1被实验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积300x300[mm2],实际导热计算面积A为200x200[mm2],板的厚度为δ[mm]。
平板试件被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面图1 实验台主体示用意（循环冷却水的水箱与水泵未示出）之间。
加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。
利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通以自来水）来实现。
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橡皮样品厚度（不同位置） 平均值 hB/mm 8.07 8.07 8.06 8.05 8,05 8.06 8.06
橡皮样品直径（不同角度测量） 平均值 dB/mm 129.22 128.82 128.92 128.16 129.00 128.99 128.85
稳态时（十分钟内温度基本保持不变），样品上表面的温度示值 摄氏度。 1=50.5摄氏度.样品下表面温度 =37.3 2
实验原理
稳态法测量热导率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，各处得稳态时的样品上下表面温度后，将样品B抽去，让加热盘 C与散热盘P解触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值20摄氏度以上 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 率为 时的冷却速率，则散热盘 P在 时的散热速 2
2
Q mc t t
设稳态时，样品的上下平面温度分别为 时间内通过样品的热量满足下式：
、 ，根据傅立叶传导方程，在 1 2
Q 1 2 1 2 2 S dB t h 4h
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 hB
样品为圆盘状，设圆盘样品的直径为
2
mc t
2
R 2R h 2R 2R h
2 p 2 p p p p p
所以样品的导热系数为：
mc t
2
R 2h 4h 2R 2h
2 p p B p p 1
2
1 2 d B
实验仪器
每隔十秒记录一次散热盘冷却时的温度示值。
代入公式计算得
mc t
2
R 2h 4h 2R 2h
2 p p B p p 1
2
1 0.023J / K · C 2 d B
温度的测量有所误差，但是多次测量减少误差。斜率的拟合度较高，基本 符合实际数值。
2
2
根据切线斜率计算冷却速率 。 t 2
实验结果与分析
散热盘（不同位置） 平均值 Hp/mm 7.63 7.62 7.73 7.61 7.73 7.65 7.66 散热盘直径（不同角度） 平均值 Dp/mm 130.00 129.98 130.00 129.99 130.01 130.00 130.00
学习感想及课程建议
通过本次学习，我发现物理的基本原理的掌握很重要，而且做实验需要
耐心，只有这样才能最终顺利的完成实验。
老师很认真，没有意见。
谢谢老师！
实验步骤
（1）接上导热系数测定仪的电源，开启电源后，设定控制温度50摄氏度，
设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热。
（2）加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，可每隔
一分钟记录一次，待在十分钟或者更长的时间内加热加热盘和散热盘的温 度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。
（3）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触 良好，按升温设置到80摄氏度，设置完成按“确定”键，使 到45摄氏度 即可。 （4）按复位键，移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔10秒 （或者30秒）记录一次散热盘的温度示值，由临近值 的温度数据中计算 冷却速率，也可根据记录数据做冷却曲线，用镜尺法做曲线在点的切线，