不良导体导热系数的测定讲解
大学物理实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：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）图 1图 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。
不良导体导热系数的测定
况。
由于热电偶冷端的温度为0℃，当温度θ变化范 围不太大时，其温差电动势ε与待测温度θ存在线性关 系，即有,所以可用测得的温差电动势ε代替温度θ。 将测得的数据作ε～t图，图中曲线在ε2处的斜率为， 求得铜盘A在θ2时的冷却速率为。
Q mc d (RA2 2RAhA )
t
dt 2(RA2 RAhA )
不良导体导热系数的测定
【预习要点】 了解导热系数的两种测量方法，即稳态法和动态
法。本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数。
【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、学习用作图法求散热速率。
【仪器用具】 导热系数测定仪、热电偶2副、直流数字电压表、
游标卡尺、天平、停表等。
【实验原理】 由傅里叶热传导方程可知，对于半径为RB、厚度
【思考题】 1、改变样品形状，采取一些措施，能否利用本
实验装置测量良导体的导热系数？为什么？
（2）
பைடு நூலகம்
由于物体的冷却速率与它的表面积成正比，则 稳态时，铜盘A的散热速率为
mc d (RA 2hA )
hB
（3）
dt 2(RA hA ) (1 2 )RB 2
式中ε1、ε2匙对应于温度θ1、θ2的电压表读数。
【实验内容】 导热系数测定仪主要由加热装置和散热铜盘组
成。待测样品应放在加热装置底盘和散热铜盘之间， 并紧密接触。当系统的加热功率等于散热功率时， 系统的温度分布将趋于稳定。利用稳态法测量样品 的导热系数就是在温度场的分布不随时间变化时， 测量样品上下表面的温度。这两个温度可用与样品 紧密接触的上下铜盘的温度代替。
为hB的圆盘样品，在单位时间内通过待测样品B任一 圆戒面的热流量为
δQ δt
不良导体的导热系数测量
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。
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 表示 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
（3.14.1）
式（3.14.1）中 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。比例系数λ称为导热系数，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)。
黄铜盘的散热率与其冷却速率的关系为
（3.14.5）
式(3.14.5)中m是散热黄铜盘的质量，c是黄铜比热（ ）。
在样品传热过程中，只考虑下黄铜盘的下表面和侧面散热。但在测冷却速率 时，黄铜盘上表面也暴露在外，实际是黄铜盘的上、下表面和侧面都在散热。由于物体冷却速率与它的表面积成正比关系，修正(3.14.5)式，可得
将加热电源线通过加热电源插孔与加热黄铜盘连接好，然后将加热电源线与面板上插座连接好，注意此连接过程顺序不能颠倒。
4．加热盘温度控制参数设置。
注意加热盘温度设定值不得高于110℃。
不良导体的导热系数的测定
实际应用
导热系数是评估材料导热性能的重要参 数，在建筑、电子、能源等领域有广泛 应用。
VS
展望
随着科技的发展，导热系数的测定技术将 不断改进，提高测量精度和效率。未来可 以结合新材料和新技术，拓展导热系数测 定的应用领域。
THANKS.
不良导体导热性能较差，导热系数通常较小。
温度梯度大
为了使不良导体内部产生足够的热量传递， 需要较大的温度梯度。
测量难度较大
由于不良导体导热性能差，测量时需要更加 精确的设备和技巧。
实验步骤
实验准备
实验设备
01
导热系数测定仪、恒温水槽、天平、量筒、搅拌器、样品盘、
样品勺等。
实验材料
02
不良导体样品（如玻璃纤维、石棉等）、水或其他适宜的导热
物理意义
表示在单位时间内，通过单位面积的 热量与温度梯度之间的关系。
导热系数测定的基本原理
基于傅里叶导热定律：q=-λA(dt/dx)， 其中q为热流量，λ为导热系数，A为 传热面积，dt/dx为温度梯度。
通过测量热流量、温度梯度和传热面 积，可以计算出导热系数。
不良导体导热系数的特点
导热系数较小
不良导体的导热系数的 测定
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验结果分析 • 实验总结与展望
实验目的
01
了解导热系数的基本概念
总结词
理解导热系数在传热过程中的作用和 意义。
详细描述
导热系数是衡量物质导热能力的重要 参数，反映了物质内部热量传递的能 力。通过本实验，学生将深入了解导 热系数的基本概念及其在工程传热问 题中的重要性。
通过数据分析，得出了不良导体 的导热系数，并进行了误差分析。
不良导体导热系数的测定
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 表示 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 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。
实验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。
《不良导体导热系数的测定》实验课件文字稿(精)
《不良导体导热系数的测定》实验课件文字稿一、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.学习测量冷却速率的方法4.学习用温差电偶测量温度的原理和方法。
二、实验仪器和用具导热系数测定仪（FD —TC —II ）、橡皮圆板（待测样品）、温差电偶（2对）、保温杯、数字式电压表（FPZ —II ）、9Q 连接线、电子秒表、游标卡尺、电子天平、冰块。
三、实验原理 1、傅里叶热传导方程导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。
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。
如图（一）所示。
设一粗细均匀的圆柱体横截面积为S ，高为h 。
经加热后，上端温度为1T ，下端温度为2T ，12T T >，热量从上端流向下端。
若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。
法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方程12T T QS t hλ-∆=∆ （1） Q ∆是t ∆时间内流过导体截面的热量，Qt∆∆叫传热速率。
比例系数λ就是材料的导热系数（热导率），单位是()wm K瓦米开。
在此式中，S 、h 和1T 、2T 容易测得，关键是如何测得传热速率Qt∆∆。
2、用稳态法间接测量传热速率如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。
由（1）式可知，加热盘的传热速率为图（一）2T1TT T 加热铜盘 待测样品 散热铜盘图二22121212()144T T T T d T T Q S d t h h hλπλλπ---∆===∆ （2） d 为样品的直径，h 为样品的厚度。
散热盘的散热速率为2T T Q T Cm t t=∆∆=∆∆ （3）C 为散热盘材料的比热，m 为散热盘的质量，2T T Tt=∆∆表示散热盘在温度是2T 时的冷却速率。
不良导体热导率的测量
不良导体热导率的测量实验简介导热系数(又叫热导率)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以晶格振动起主导作用。
因此，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与材料的微观结构、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精确测定。
测固体材料热导率的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
实验原理dt时间内通过dS面积的热量dQ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即：(1)式中为传热速率，是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温区向低温区域，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·m-1·K-1。
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)。
1、不良导体导热系数的测量图1是不良导体导热系数测量装置的原理图。
设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的T1和T2(侧面近似绝热)，即稳态时通过样品的传热速率为：(2)式中h B为样品厚度，S B R2B为样品上表面的面积，(T1-T2)为上、下平面的温度差，λ为导热系数。
在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。
因为待测平板上下平面的温度T1和T2是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。
实验时，在稳定导热的条件下(T1和T2值恒定不变)，可以认为通过待测样品盘B 的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等。
因此可以通过C盘在稳定温度T2附近的散热速率，求出样品的传热速率。
在读取稳态时的T1和T2之后，拿走样品B，让C盘直接与传热筒A底部的下表面接触，加热铜盘C，使C盘温度上升到比T2高10℃左右，再移去传热筒A，让铜盘C 通过外表面直接向环境散热(自然冷却)，每隔一段时间记下相应的温度值，求出C盘在T2附近的冷却速率。
不良导体导热系数的测量
不良导体导热系数的测量摘要导热系数是描述物质导热性能的重要参数，对于不良导体的导热系数的准确测量具有重要意义。
本文主要介绍了不良导体导热系数测量的原理、常用方法以及相关技术要点，旨在为不同领域的研究者提供参考和指导。
引言不良导体通常指导热性能较差的材料，其导热系数远低于金属等良导体。
不良导体导热系数的准确测量对于材料研究、热工性能评估等领域具有重要意义。
本文将介绍几种常用的不良导体导热系数测量方法，并详细介绍每种方法的原理和步骤。
原理不良导体导热系数测量的原理基于热传导定律。
热传导定律描述了物质内部的热能传递过程，其中导热系数是衡量物质传导热能的能力。
不良导体导热系数的测量可以通过测量物质中的温度变化和热流密度来间接获得。
常用方法热板法热板法是一种常用且简便的不良导体导热系数测量方法。
该方法通过在样品两侧施加热流，并测量样品表面的温度变化来计算导热系数。
具体步骤如下：1.将样品放置在两个加热板之间，确保样品与加热板之间的良好接触。
2.在样品的一侧加热板上施加固定的热流。
3.使用温度传感器测量样品表面的温度变化。
4.根据热流密度和温度变化计算样品的导热系数。
横向热流法横向热流法是另一种常用的不良导体导热系数测量方法。
该方法通过在样品两侧施加热流，并测量样品横向传导热流的温度分布来计算导热系数。
具体步骤如下：1.将样品放置在热源之间，确保样品与热源之间的良好接触。
2.在样品的一侧施加固定的热流。
3.使用温度传感器测量样品横向传导热流的温度分布。
4.根据温度分布和热流密度计算样品的导热系数。
长度法长度法是一种适用于纵向导热系数测量的方法，特别适用于长棒形状的不良导体。
该方法通过测量样品两端的温差和长度来计算导热系数。
具体步骤如下：1.将样品的一端保持恒定温度，而另一端保持绝热。
2.使用温度传感器测量样品两端的温差。
3.测量样品的长度。
4.根据温差、长度和热流密度计算样品的导热系数。
相关技术要点不良导体导热系数的测量需要注意以下技术要点：1.样品与热源之间要确保良好接触，以减小热接触电阻。
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。
不良导体热导率的测量
不良导体热导率得测量实验简介导热系数(又叫热导率)就是反映材料热性能得重要物理量。
热传导就是热交换得三种(热传导、对流与辐射)基本形式之一,就是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域得课题、材料得导热机理在很大程度上取决于它得微观结构,热量得传递依靠原子、分子围绕平衡位置得振动以及自由电子得迁移。
在金属中电子流起支配作用,在绝缘体与大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
因此,某种材料得导热系数不仅与构成材料得物质种类密切相关,而且还与材料得微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。
在科学实验与工程设计中,所用材料得导热系数都需要用实验得方法精确测定。
测固体材料热导率得实验方法一般分为稳态法与动态法两类。
实验原理dt时间内通过dS面积得热量dQ,正比于物体内得温度梯度,其比例系数就是导热系数,即:(1)式中为传热速率,就是与面积dS相垂直得方向上得温度梯度,“—”号表示热量由高温区向低温区域,λ就是导热系数,表示物体导热能力得大小、在SI中λ得单位就是W·m-1·K-1、对于各向异性材料,各个方向得导热系数就是不同得(常用张量来表示)、1、不良导体导热系数得测量图1就是不良导体导热系数测量装置得原理图。
设样品为一平板,则维持上下平面有稳定得T1与T2(侧面近似绝热),即稳态时通过样品得传热速率为:(2)为样品上表面得面积,(T1—Ｔ2)为上、下平面式中h B为样品厚度,S BＲ2Ｂ得温度差,λ为导热系数。
在实验中,要降低侧面散热得影响,就需要减小ｈ。
因为待测平板上下平面得温度T1与T2就是用传热圆筒A得底部与散热铜盘C得温度来代表,所以就必须保证样品与圆筒A得底部与铜盘C得上表面密切接触。
实验时,在稳定导热得条件下(T1与T2值恒定不变),可以认为通过待测样品盘B得传热速率与铜盘C向周围环境散热得速率相等。
因此可以通过C盘在稳定温度T2附近得散热速率,求出样品得传热速率。
不良导体导热系数测定1
1、付里叶方程
设温度的变化只沿 x 方向进行，付里叶方程为
dT dQ k ( )dsdt dx
其中， d Q
dT 为在dt 时间内，通过面元 ds 的热量，dx
是温度梯度，k 为材料的导热系数，单位为 W· -1· -1， m K “―” 表示热量传递的方向与温度梯度方向相反。
2、稳态法测传热速率
如图，一块厚为 h 、面积为 S 的不良导体样品板，
当维持其上下表面为恒定的温度T1、T2（ T1 ＞ T2 ），且 样品板很薄时，温度梯度可近似表示为如下形式
dT T2 T1 dx h
因样品板很薄，其侧面向周围环境的散热可以忽略不 计。在 t 时间内，通过样品板的热量可近似表示为 ∆Q
T2 T1 Q k St h
3.数据处理要求
取稳态时 E2 附近的数据进行处理。
要求 : △t =60s 。 （不要求计算不确定度）
4 .思考题：2
组号1234 Nhomakorabea5
散热盘 0.7749 0.7644 0.7801 0.7749 0.7435 质量(kg)
6 0.7801
7 0.7801
8 0.7696
9 10 0.7539 0.7539
三、仪器
YBF—2型导热系数测试仪，游标卡尺。
E2
仪器介绍
热电耦：测量加 热盘和散热盘的 温差电动势 保温杯：放置冰 水混合物，使冷 端温度为零度
圆筒：防止 散热 加热盘，替代上 表面温度 样品盘 散热盘，替代下 表面温度
实验15 说 明
1.实验的操作步骤
2.数据记录要求 测出最接近E2 的数据后，要再继续测出五组 数据方可结束实验。
T2
3.热电偶
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】
不良导体的热导系数的测量
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：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）图 1图 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。
不良导体导热系数的测定
不良导体导热系数的测定嘿，大家好！今天咱们聊聊不良导体和导热系数，听上去好像有点深奥，其实没那么复杂，咱们就像喝茶聊天一样轻松就行。
说到导热系数，咱们可以把它想象成材料“传热”的能力。
就好比一个人传递消息的速度，消息传得快的，咱们说它“导热”好；传得慢的，就得说它“不良导体”了。
想象一下，冬天的冷风呼啸而过，家里的暖气半天也热不起来，那就是不良导体的典型表现。
咱们得知道不良导体是啥。
顾名思义，不良导体就是那些不太擅长“传热”的材料。
它们就像那种走路慢吞吞的朋友，让人等得心急。
常见的不良导体包括木头、塑料、橡胶等等。
你试过在冬天用手去碰冰冷的塑料吗？简直像碰到了个冰块，手都冻得生疼。
这就是不良导体的“魅力”，冷得让你想哭。
要测定这些不良导体的导热系数，咱们就得用一些简单的实验方法。
可以想象，咱们在实验室里，像小科学家一样，拿着各种材料准备开干。
咱们得准备一些热源，比如热水或者加热器。
然后，把待测的材料放在热源上，一边加热一边观察。
就像烹饪一样，要耐心点，不然容易烧糊。
咱们就得用温度计来监测温度变化。
每隔一段时间，就记下材料的温度变化。
说白了，这就像是给不良导体做体检，看看它的“健康状况”。
经过一段时间，咱们就能算出导热系数了，轻轻松松，像是在做数学题一样。
实验中总会有一些小插曲。
有时候温度计不听话，显示的数字让人哭笑不得；有时候材料变得特别滑，差点让人摔个大跟头。
不过，别担心，这些都是实验的一部分。
科学就是要在失败中学习嘛，像打游戏一样，总得有些挑战才能升级。
咱们再聊聊导热系数的实际意义。
比如，家里装修的时候，大家都喜欢选那些导热系数低的材料。
这样冬天就不怕冷，夏天也能避暑。
想想看，如果家里的墙壁像冰箱一样保温，那得多舒服啊，简直就像在外面吹着凉风，惬意无比。
导热系数还和节能有关系。
低导热系数的材料可以帮助我们减少能源消耗，既环保又省钱，谁不喜欢呢？就像给自己的钱包做了个“保镖”，稳稳当当的，不怕被剁手。
不良导体导热系数的测定
不良导体导热系数的测定[实验目的]1. 用稳定流动法测定橡皮的导热系数；2. 学习用温差电偶测量温度的方法。
[实验器材]导热系数测定仪，热电偶（铜－康铜），多量程数字电压表，橡皮样品，杜瓦瓶，游标卡尺，螺旋测微计。
[实验原理]有一粗细均匀的橡皮圆盘，上平面与发热盘接触（温度高），下平面与散热盘接触（温度低），则热量将从高温面流向低温面。
在加热一段时间后，若圆盘上各处的温度不变（但不同横截面的温度不同，存在温度差），而且向圆盘侧面散失的热量可以忽略时，则在相等的时间内，通过圆盘各横截面的热量应该相等。
当圆盘各截面有热量通过，但各处温度保持不变时，就称为达到了稳定流动状态。
在稳定流动状态下，橡皮圆盘与外界的热交换为零，即上平面从发热盘吸收的热量等于下平面向散热盘放出的热量。
由此，法国数学家、物理学家约瑟夫·傅立叶给出测定导热系数的导热方程。
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θ1、θ2的平行平面，在∆t 秒内，从一个平面传到另一个平面的热量∆Q ，满足下述表达式：hA t Q 21θθλ-⋅⋅=∆∆ （1） 式中λ定义为该物质的导热系数，亦称导热率。
由此可知，导热系数——表示物质热传导性能的物理量，其数值等于二相距单位长度的平行平面上，当温度相差一个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所流过的热量。
对于样品橡皮圆盘，上平面传入的热量与由散热盘向周围环境散热的速率相等（即t Q t Q ∆∆=∆∆'），而tmc t Q ∆∆=∆∆θ'，2 R A π=，所以 212 12θθπθλθθ-⋅⋅∆∆==h R t mc （2） 导热系数的SI 制单位（瓦特每米开尔文）的符号为：W/m •℃导热系数的量纲为：[][][][][][]13222--=⋅⋅⋅=∆=θθθλLMT T L L MT L t A h Q 导热系数过去常用的非SI 制单位是国际蒸汽表卡每秒厘米开（尔文）：cal / (s ·cm ·℃)，它与SI 单位的换算是：1cal / (s ·cm ·K )=418.68 w / (m ·K )材料的结构变化与杂质多寡对导热系数都有明显的影响。
测量不良导体的导热系数(稳态法)
实验6 测量不良导体的导热系数（稳态法）实验目的(1)学习一种量热方法——稳态平板法；(2) 学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法；（3）测量不良导体橡皮样品的导热系数。
实验仪器导热系数测定仪物理天平热电偶杜瓦瓶实验原理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，如图1所示，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。
图1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，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)实验装置如图2所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘,散热盘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,样品上放置一个圆盘状加热盘，其面积也与样品的面积相同。
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通过样品传递的热流量与散热盘向周围环境散热量相等。
因此可以通过散热盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。
方法如下：当测得稳态时的样品上下表面温度和后，将样品抽去，让加热盘与散热盘接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值1mV左右时，移开加热盘，复上样品，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间（每隔30秒）的下降情况，求出散热盘在时的冷却速率，则散热盘在时的散热速率为：(3)其中为散热盘的质量，为其比热容。
在达到稳态的过程中，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，稳态时铜盘的散热速率的表达式应作面积修正：(4)其中为散热盘的半径，为其厚度。
材料物理性能 实验三不良导体导热系数测定
不良导体导热系数测定导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，导热系数大，导热性能较好的材料称为良导体；导热系数小、导热性能差的材料称为材料的不良导体。
一般来说，金属的导热系数比非金属要大；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答的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。
稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，测定不良导体导热系数的方法。
一、实验目的1、掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法2、了解物体散热速率和传热速率的关系 二、实验仪器1、TJQDC-1型导热系数测定仪2、游标卡尺3、天平4、镊子 三、实验原理 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d dxθ⎛⎫⎪⎝⎭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：Q d S t dxθλ∆⎛⎫=-∆ ⎪∆⎝⎭（1） 式(1)中Qt∆∆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。
比例系数λ称为导热系数，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 -1K -1).2、稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图1所示。
图中待测样品 (圆盘) 半径 1R =60mm ，样品上表面与加热盘(位于上方的黄铜盘)的下表面接触，温度为1θ，加热盘由内部电热丝供热,热量由加热盘通过样品上表面传入样品，再从样品下表面与散热盘 (位于样品下面的黄铜盘) 的上表面相接, 温度为2θ，即样品中的热量通过下表面向散热盘散发。
样品上下表面温度可以认为是均匀分布，在1h 不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响，则式(1)改写为：121QS t h θθλ-∆=∆ （2） 式(2)中S 为样品横截面积。
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。
不良导体导热系数的测定实验报告-不良导体实验报告
非金属固体材料导热系数的测量2004/04用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。
基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其附近试样的温度将随时间变化。
根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。
[1][原理简述]由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的热传导方程对物体的温度场进行描述：r r rt ∂∂+∂∂=∂∂θθθα1122 （1） 边界条件为：00=r θ(t =0，r ≥0)，0=∞r θ(t >0，r =)，const.π0=∂∂-==r r q θλ(t >0，r =0)[3] （2） 根据热传导方程和边界条件得到解为：t t e q t tr r t d π4042⎰-=αλθ （3）其中各物理量含义为，t ：热线的加热时间，单位为s ；r ：距热线的距离，单位为m ；q ：热线单位长度的加热功率，单位为W/m ；t r θ：加热时间t ，距离热线距离r 处的温升，单位为K ；α：试样的热扩散率，单位为m 2/s ；λ：试样的导热系数，单位为W/（m ·K ），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m ·K ）。
假设t r α42→0，即r →0或αt →∞，利用Euler 公式，忽略展开后二次项以后的各项。
如果在不同时间t 1、t 2，测的同一点r 处的温升为1t r θ、2t r θ，则：12ln π412t t q t t r r λθθ=- （4） 根据（4）可以得到试样的导热系数()()12121212ln πL 4ln π4t t t t r r r r t t IU t t q θθθθλ-=-= [4] （5）（5）式中，I 、U 分别热线的通电电流（单位为A ）和电压（单位为V ），L 为有效加热长度（单位为m ）。
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实验7 不良导体导热系数的测定
一、目的
掌握测定不良导体的导热系数 二、实验仪器 1、热系统：
①支架 ②红外灯 ③传热筒 ④热电偶两支 ⑤交流调制器 ⑥黄铜板质 ⑦待测样品
2、测量显示仪
本仪器采用精度运放组成两路热电偶前置放大器，并对热电偶冷端进行了自动补尝，采用2
1
4
位高稳定性D A 转换器实现对两路温度的测量系统，整个电路以单片机为控制
中心，实现数据采集和识别键盘信息。
三、实验原理与装置
本仪器所依据的原理是1982年由法国数学、物理学家约瑟·傅立叶给出的，称热传导的基本公式，又称傅立叶导热方程式。
该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，两个相距为h ，温度分别为θ1、θ2（要这里，为了与时间t 区分开，我们用θ来表示温度）的平行平面，若平面的面积为A ，在Δt 秒内，从一个平面传到另一个平面的热量ΔQ 满足下述表示：
h
A t Q
21θθλ-∙∙=∆∆ (2-11) 式中，ΔQ ／Δt 为传热速率，λ定义为该物质的导热系数，奕称执导率。
由此可知，热导率是一表征物质传导性能的物理量。
其数值等于相距单位长度的二平行面，当温度相差一个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量。
其单位名称是瓦特每米开尔文，单位符号为W ／（m ·K ）。
该方法的实验装置如图所示，由上述热传导基本通过待测样品B 板的传热速率可写成：
式中，λ为样品厚度，B R 为样品圆板的半径，θ1为样品圆板上表面的温度，θ2为其下表面的温度，λ即为样品B 的热导率。
当传热到达稳定状态时，θ1和θ2温度稳定不变，通过B 板的传热率与黄铜盘C 向周围环境的散热速率完全相等。
因此可通过黄铜盘C 在稳定温度θ2时的散热律来求出
t
Q
∆∆。
实验时，当读得稳态时的θ1、θ2后，即可将样品B 板取走，让圆筒的底盘与下盘C 接触，使盘C 温度上升到高于θ2若干度后，再让圆筒A 移去，让黄铜盘C 作自
然冷却，求出黄铜盘在θ2附近时的冷却速度21ϑθ=∆∆t
Q
,则21θϑ=∆∆／t
Q
mc
(m 为
黄铜的质量,c 为黄铜的比热)就是黄铜c 在θ2时的散热速率。
但由此求出的t
Q
∆∆是黄
铜c 的全部表面暴露在空气中的冷却速度，即散热表面积为c c c h R R ππ222
+，而实验中
2
21B
R －t
Q ∙∙∙
=∆∆πσ
θθλ
达到稳态传热时，c 盘的上表面，面积为2c R ，是被样品所覆盖的，考虑到物体的冷却速度与它的表面积成正比，校正后，本仪器在稳态时的传热速率为：
(
)()
c
c c c c c h R R h R R t mc t Q ππππθ
2222
2++∙∆∆=∆∆ （2-13） 式中，c R 、c h 分别为黄铜盘C 的半径与厚度，代入（2）式中得：
()()()2211
222B
c c c c R h R h R t mc
πθθδθλ∙-∙++∙∆∆= （2-14） 式中，B R 、分别为样品如橡皮圆盘的半径与厚度。
2、热电偶测温
将两种不同材料的金属铜、铁组成闭合回路（如图所示），若两结点处温度不同，则回路中将有电流流动，这说明回路中将有电动势存在。
电动势大小除与材料本身性质有关外，还与结点处的温差有关。
这种现象称为热电势效应或温差电效应。
热电偶就是据此原理设计制作的将温度转换为电动势的热电式传感器。
当两结点温差不大时，温差电动势大小与温差的关系有下列近似公式 ()01θθε-=c 式中 ε—热电偶温差电动势； C —电偶常数；
1θ —热端温度；
0θ—冷端温度。
若使冷端在冰水混合物中， 即0θ=0℃则 1CT =ε
由此，可将对温度的测量转化为对温差电动势的测量。
t
T
∆∆为冷却速率,
转化为
t
C ∆∆ε
1。
作散热铜盘自然冷却温差电动势与时间之间的关系曲线，在曲线上找到2T 点并作曲线的切线，则该切线率为
t ∆∆ε。
将()21T T -转化为()
211
εε-C
可得导热系数公式
22111
111
222R h h R h R t c m πεεελ∙-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∆∆=铜
铜 [内容要求]
⒈用游标卡尺测待测样品和散热铜盘的厚度h 、1h ，直径D 、1D ，各测5次；用天平测散
热铜盘的质量铜m 。
⒉按图连接线路，热电偶F 插入传热筒底面和散热铜盘的侧面小孔（注意：一定要插入底部使之接触良好），另一端插入保温瓶细玻璃管内。
⒊连接好直流数字电压表，接通电源，按下调零键，旋转调零旋钮，使读为0。
然后按下mV 键，便可测出温差电动势。
⒋接通好直流电源，使红外灯电压缓慢升高。
为缩短达到稳态时间，可先将红外灯电压高到期180～200V 约20min 后再降到150V 左右，然后每隔一段时间读一次电动势值。
若5min 内1T 和2T 的示值基本不变，即可认为达到稳态。
记下稳态时的1T 和2T 示值后抽去样品盘，经调节使散热铜盘与传热筒底面直接接触，使铜盘电动势上升1mV 后，移去传热筒，让筒盘自然冷却（调压器调到零电压），每隔相同时间间隔（例如30s ）记一次电动势值，挑选其中接近2ε的各5个数据填入表中：
其中,0表示最接近2ε的某一电动势值,负号表示此前时间,正号表示此后时间. [数据处处理] ⒈数据如下:
=h ____㎝ =1h ____㎝ =R ____㎝ =1R ____㎝ =铜m ____g =1ε____mV 2ε=____mV
⒉通过作电动势与时间的关系曲线,求2ε点处曲线的切线斜率,计算λ的值。