第三章稳态测量方法文稿演示
稳态法测量不良导体的导热系数
dQ
dT
mc
dt
dt
T2
四、实验原理
➢ 2、考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，导热系数计
算公式修正为：
dT
mc
dt
T2
(RP 2hP ) 4hB
1
(2RP 2hp ) (T1 T2 ) d B2
式中：m为铜盘的质量；
1
c为铜盘的比热容，c 3.80 10 J kg K
避免烫伤。
2
Rp hp分别为铜盘的半径和厚度；
dB hB分别为待测样品的直径和厚度。
1
五、实验步骤
➢1. 用游标卡尺测量待测样品B及散热铜盘P的几何尺寸，用天平测出铜盘质
量m。
➢2. 取下固定螺丝，将样品放在加热盘与散热盘中间。
➢3. 加热盘的温度上升到设定温度值时，在10分钟或更长的时间内加热盘和散
热盘的温度值基本不变，达到稳定状态。
W.m-1.K-1 ，不良导体如橡胶导热系数为0.22 W.m-1.K-1。
本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数，即利用热源传热在待测样品内部形成
稳定的温度分布，然后进行测量。
二、实验目的
➢ 1. 通过实验掌握用稳态法测量不良导体导热系数的方法。
➢ 2. 体会参量转换法的实验设计思想。
➢ 3. 掌握FD-TC-B型导热系数测定仪的使用方法。
➢4. 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，再设定
温度到80 ℃，加快散热盘的温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时的
值 左右即可。
五、实验步骤
➢5. 移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，由临近 值的温度数据计
算散热盘冷却速率
稳态测试方法
极化的种类及特点浓差极化电化学极化欧姆极化不可逆电极的阴极极化曲线稳态测试方法稳态测试方法实质：就是选择自变量，使得在每一个自变量下，只有一个函数值。
稳态测试的注意事项为了测得稳态极化曲线，扫描速度必须足够慢。
稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理14Tafel直线外推法解析动力学参数腐蚀体系中极化曲线的Tafel拟合根据阳极、阴极Tafel直线的斜率可以得到表观传递系数α和β，将阴极、阳极，可计算交换电流密度极化曲线的直线部分外推得到交点，交点横坐标为lgi稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态测量数据的处理稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用实验得到的线性电流半对数极化曲线稳态极化曲线的应用24稳态极化曲线的应用不同温度下燃料电池的电压和功率密度对电流密度曲线图(a)和(b)比较直观地说明了该电池在不同操作温度下的放电性能。
(a)与(b)的区别在于使用了不同的电极催化剂。
从图中可以看出，(a)的开路电压较高，而(b)在较低温度下具有较好的性能，在较大的极化下(电池电压低于0.2V 时)，几乎都会出现极限扩散电流，说明在此情况下，传质过程称为制约电池性能的主要因素。
稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用含有不同金属离子的阴极极化曲线，10mV/s，55ºC合金电沉积时进行各金属离子的阴极极化扫描，扫描范围-0.9V -1.0V时，出现Sn的还原电流峰；但Co盐体系在析氢之前不出现电流峰体系能实现Sn和Co的共沉积。
稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用B: 致钝电流致钝电位C: 维钝电位D: 超钝电位CD:钝电流稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用稳态极化曲线的应用合金在NaCl溶液中的阳极极化曲线。
Ni-W(44.8%)非晶合金的腐蚀电势晶态合金相比发生了正移，而且其钝化区间比Ni-W晶态合金明显，这非晶态合金在NaCl溶液中发生钝化，其耐蚀性能较Ni-W相比有明显的改善。
稳态测试方法
稳态极化曲线的应用
左图为某腐蚀电化学体系的阴极和阳 极实验半对数极化曲线，已知电化学 反应转移的电子数n=1，计算其腐蚀电 流及传递系数。 由极化曲线的直线部分即Tafel直线的 斜率可得ba=120mV, bc=120mV。
n 1
Байду номын сангаас
2.3RT nF 0.5 bc
实验得到的线性电流半对数极化曲线
5
不可逆电极的阴极极化曲线
6
1
稳态测试方法
稳态测试方法：在电极过程达到稳态时进行电化学测试的方法 恒电势稳态测量：
在恒电位仪的保证下，控制研究电极的电位按照一定的规律变化，不受电极 系统阻抗变化的影响，同时测量相应电流的方法。需特别注意的是，这里所 谓的恒电位法并不只是把电极电位控制在某一电位值不变，而是指控制电极 电位按照一定的规律变化。 电位变化的方式：静电位和动电位 静电位：可以是逐点，也可以是阶梯。由于每个电位下有一段恒定的时间， 系统能更好的达到稳态，但在阶跃的瞬间，由于双电层的存在而产生较大的 充电电流。 动电位：连续地以恒定的速度扫描。为保证电化学系统达到稳态，必须控制 较低的电位扫描速度 (金属腐蚀的稳态极化曲线的扫描速度一般为20-60 mV/min)，但不能太慢，太慢所需时间较长，从测量开始到结束，工作电极 的表面状态变化可能很大。判别的方式是以更慢的扫描速度测得的极化曲线 与原先测得的没有显著差别，即可认为是在稳态下测得的。
稳态
在指定的时间范围内，如果电化学系统的参量(如电极电位、电流密度、电极 界面附近液层中粒子的浓度分布、电极界面状态等)变化甚微或基本不变，这 种状态称为电化学稳态。 a.稳态不等于平衡态，平衡态只是稳态的一个特例。稳态时电极反应仍以一 定的速度进行，只不过是各变量(电流、电压)不随时间变化而已，而电极体 系处于平衡态时，净反应速度为零。
实验讲义稳态法测固体导热系数
稳态法测固体的导热系数热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是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。
在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
法国科学家傅里叶＜JBJ.Fourier 1786 ―― 1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解读理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度＜单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。
数学表达式为：b5E2RGbCAP此即傅里叶热传导定律，其中为热流密度矢量＜表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量，在数值上等于每单位长度温度降低个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是------ 1 。
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。
因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。
plEanqFDPw测量导热系数的方法很多，没有哪一种测量方法适用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所有方法都能适用。
要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量方法。
测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。
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的方法。
非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。
本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。
稳态法测量热导率
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：
大学物理实验——准稳态法测量不良导体的导热系数和比热PPT
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
热偶丝较细，注意保护，加热面热偶横梁任何情 况下都禁止取下。
直流恒压源严谨短路。 实验结束后，松开仪器，以免泡沫挤压变形。
17
问题探讨
实际上，我们只需测量一块样品的热流密度及端 面温升速率，进而求出导热系数和比热。那么本 实验为何使用四块样品，能否只用两块或一块？
本实验中准稳态会无限保持下去吗？为什么不是 时间越长实验数据越好？
± (2.0%+5) 1×10-3=0.024
15
2.热导实验
检查4个热电偶（测其电阻，记录） 材料 ；室温t0= ；加热器r/2= ； 加热电压U加热初始= ；加热电压U加热结束= ； 加热电压U加热平均= ；
τ（min） 0 1 2
…
25
中心面温度
…
U(t1tc)
温差U(t2t1)
…
16
注意事项
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
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数TC—3型导热系数测定仪实验讲义杭州富阳精科仪器有限公司（原杭州富阳电表厂）导热系数的测量导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与含杂志等因素都会对导热 数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过试验来具体测定。
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，另一类为动态法。
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布，然后进行测量。
而在动态法中，待测样品的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。
本试验采用稳态进行测量。
【试验目的】用稳态法侧出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
【试验原理】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h 、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2）,若平面面积为S,在△t 时间内通过面积S 的热量△Q 满足下述表达式:Q t ∆∆=λS 12T T h- (1) 式中Qt∆∆为热流量,λ即为该物质的热导率(又称作导热系数),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,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是W 11m k --⋅⋅。
本试验仪器如图所示：图 1 稳态法测定导热系数试验组装图在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待侧样品B （圆盘形的不良导体），再把带发 热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 传到B 盘，在传到P 盘，由于A 、P 盘都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别由插入A 、 P 盘边缘小孔热电偶E 来测量。
热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。
由式（1）可以知道， 单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为Qt=λ12T T hb -πR 2B（2）公式中R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度，当然传导达到稳定状态时，T 1、T 2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度相等，因此，可通 过铜盘P 在稳定温度T 2时的散热速度来求出热流量Qt∆∆。
稳态测试方法
稳态极化曲线的应用
(1) 在电化学基础研究方面的应用
根据极化曲线， 可以判断电极过程的反应机理和控制步骤 可以查明给定体系可能发生的电极反应的最大反应速率 可从极化曲线测动力学参数，如交换电流密度、传递系数、标准 速率常数和扩散系数等 可以测定Tafel斜率，推算反应级数进而研究反应历程 可以利用极化曲线研究多步骤的复杂反应 研究吸附和表面覆盖度
稳态测量数据的处理
b. 非线性拟合法。利用Origin软件，可直接对Bulter-Volmer公式进行非线性拟 合。在Origin中设置自定义方程，直接输入需拟合的参数，可以直接计算相关 动力学参数。
i i0 exp(
取对数：
nF
RT
)[1 exp(
nF )] RT
1
lg i lg i0
13
14
稳态测量数据的处理
稳态测量数据的处理
在实际测量中，利用强极化电势区测量时会遇到不少困难。 只有在从平衡电势到强极化电势区间电极反应的动力学机制始终没有发生改 变的情况下，才可以用强极化区的测量数据解释电极过程。 由于在强极化区，极化电流密度比较大，这会导致靠近电极表面的溶液层的 成分可能不同于平衡电势条件下的情况。在平衡电势附近传质过程(扩散)对 电极反应速率的影响很小，可以忽略。但在强极化区，传质的影响很大，几 乎得不到一段很好的Tafel直线。 在强极化条件下的电极表面的状况可能会与平衡电势下的表面状况有较大区 别，这种情况较易在阳极极化时发生。
17 18
RT 1 i nF i0
因此，在平衡电势附近的极化曲线为直线，由直线斜率可得电荷传递电阻Rct:
Rct (
交换电流密度：
第三章-稳态测量方法1-3
电化学极化由电荷转移步骤的反应速率决定的，它与电化学 反应本质有关。
二、浓差极化
扩散过程中，反应物或产物粒子的传质迟缓，造成界
面区域电荷分布状态的变化，
三、欧姆极化 电流流过电极体系上的欧姆电阻时，引起欧姆压降，称 为欧姆极化。 包括金属电极的欧姆极化和溶液的欧姆极化。
同时存在电化学极化和浓差极化，此时两种极化超电 势之和称为界面超电势
电子恒流法是利用电子恒流装置，调节通过研 究电极的电流按人们预想的规律变化，以达到控制
电流的目的，可使用晶体管恒电流源或专用的恒电
流仪。
②
控制电势法（恒电势法）
在恒电势电路或恒电势仪的保证下，控制研究电
极的电势按照人们预想的规律变化，不受电极系统抗 阻变化的影响，同时测量相应电流的方法。
恒电势仪是电化学研究的专用仪器，几乎所有的电化
池阻抗的影响，同时测量相应电极电势的方法。
包括经典恒流法和电子恒流法。
a) 经典恒流法
利用高压大电阻实现恒流，电路图如图所示：
I E R大 R池
因为 所以
R大>>R池
I E R大
R大：R池>1000时，控制电流的精度为0.1 ％。
优点：电路简单，易于实现；缺点：恒电流范围小。
b) 电子恒流法
s 当 cO 0 时，电流达到极限，则极限扩散电流 0 cO id nFDO (2-2)
第二节 各种类型的极化及其影响因素
极化：界面的电荷分布状态变化时引起的界面电势差的改
变。
极化的大小成为超电势. 最主要的三种极化类型： 电化学极化、浓差极化和电阻 极化（欧姆极化）。 一、电化学极化 电极达到稳态时，由电化学极化反应迟缓造成的电极/溶液 界面的电荷分布发生了变化，产生的电化学极化超电势。
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。
稳态法测量不良导体的导热系数讲义
S
找稳态？
接通电源，打开主机底部小风扇，
形成稳定的散热环境，将加热盘供电电
压调到220V，加热10分钟，将加热盘供
电电压调到110V，然后5分钟记录一组样
品上下表面温度，若在10分钟内，样品 上下表面温度不变，则样品达到稳态，
记录（TA，TP ）。
6
怎样测温 度？
—热电偶测温原理：
热电偶是利用温差电效应
部分面参与散热的散热盘P的散热速率与其冷却速率的 关系为：
S S侧 Q T mc t TP t TP 2 S S 侧
不良导体 B 的热导率为：
hB 1 ΔT D 4hp κ 2mc 2 Δ t TP D 2 h p T A T P π D
15
3
实验原理
一 热传导遵循的基本规律——傅立叶定律：
Q dT κ S t d x x0
传热速率ΔQ/Δt 与该平面所在 处的温度梯度成正比，与平面面 积ΔS 成正比。
热传导
注：该公式稳态法测量样品热导率的原理公式
二
稳态法测不良导体的热导率：
原理公式：
Q dT κ S t d x x0
12
基本要求
一、数据记录
样品尺寸（见实验台标签） 稳态时加热盘 TA=_____，散热盘 TP=_____ 散热盘冷却过程 1 t(s)
•αT（mv）
2
3
4
5
6
7
8
……
13
二、数据处理
1．在坐标纸上绘制散热盘的冷却曲线（T～t 曲线），根据作图法求出散热盘的冷却速率。 2．计算橡皮的热导率κ。
14
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数稳态法是一种测量材料导热系数的技术，也称为稳态传热法。
该技术被广泛应用于建筑、机械、化学等领域中，用于评估材料的热性能。
本文将介绍稳态法的工作原理、实验流程、数据处理和误差分析。
一、工作原理稳态法是一种基于傅立叶热传导定律的测量方法，该定律表明了稳态下的热流密度与物质导热系数、温度梯度和厚度之间的关系：q = -k × (ΔT/Δx)其中，q是单位时间内通过单位面积的热流密度，k是材料的导热系数，ΔT是单位长度上的温差，单位为摄氏度（℃），Δx是热传导的距离，单位为米（m）。
根据该定律，可以通过测量热流密度、温差和材料厚度来计算其导热系数。
稳态法的基本思路是，将待测材料夹在两个恒温热源之间，并使其达到稳态，即等温状态，此时热流密度是恒定的。
测量热源间的温度差和材料的厚度，就可以计算材料的导热系数。
二、实验流程1.实验器材准备将待测材料进行样品制备并加工好待使用，要求样品的厚度均匀、表面平整，确保实验过程中的稳态传热。
2.实验条件设定设定多个恒温热源，取出两个热源，一个设为高温热源，一个设为低温热源，通过加热或冷却的方式控制两个热源的温度差。
在放置样品之前，需记录热源间的温度差，以便于测量过程中的误差分析。
3.样品夹持将待测材料夹在两个热源之间的夹具中，夹具要求对样品进行有效的压紧，以确保样品的良好传热。
4.数据采集在待测试材料表面的两个端面处，用热电偶测量在不同恒温热源下的温度差。
在接受到热流量的过程中，用热流量计量仪测量热流量，确保精准测量热传导过程中的热速度。
5.数据处理通过采集的数据，按照傅立叶热传导定律计算出待测材料的导热系数，得到实验值。
在获得实验值之后，进行误差分析，验证实验本身的准确性。
三、误差分析稳态法的精度受多种因素影响，包括：温度的精度、压力的影响、厚度的均匀性、试样几何形状、热流密度的均匀性等。
对于建筑材料的稳态法，误差来源相较于机械、化学领域有所不同。
稳态测量方法 (2)
稳态测量方法概述稳态测量方法是一种用于测量系统的稳态性能的方法。
稳态性能是指系统在长时间运行后，各种性能指标达到稳定状态的能力。
稳态测量方法可以帮助评估系统的稳定性和可靠性，并优化系统的性能。
目的稳态测量方法的主要目的是了解系统的稳态特性，并发现任何潜在的问题或改进的机会。
通过使用稳态测量方法，可以对系统进行全面的评估，并找出影响系统稳态性能的因素。
通过检测和分析这些因素，可以采取相应的措施来改善系统的稳态性能。
稳态测量方法稳态测量方法通常包含以下步骤：1.设置实验条件：确定测量的对象、设备和环境条件。
确保实验条件的稳定性和可重复性。
2.数据采集：使用合适的仪器和设备对系统进行稳态数据的采集。
尽量保持数据采集过程的稳定性和准确性。
3.数据分析：对采集的数据进行分析和处理，计算所需的稳态性能指标。
常用的指标包括系统的平均值、方差、标准差等。
4.结果解释：根据数据分析的结果，对系统的稳态性能进行解释和评估。
确定系统的稳定性和可靠性水平，并分析影响系统性能的因素。
5.优化改进：根据结果解释的分析，提出优化改进的建议或措施。
可以通过调整系统参数、改进系统设计或优化工艺流程等来改善系统的稳态性能。
优势和应用稳态测量方法具有以下优势和应用：1.全面评估系统性能：稳态测量方法可以全面评估系统的稳态性能，帮助发现潜在的问题和改进的机会。
2.判断系统稳定性和可靠性：通过稳态测量方法，可以判断系统的稳定性和可靠性水平，以便采取措施提高系统的稳态性能。
3.优化系统设计和参数：稳态测量方法可以帮助优化系统的设计和参数设置，以提高系统的稳态性能。
4.改善产品质量：稳态测量方法可以用于改善产品的稳定性和质量，提高产品的可靠性和性能。
5.降低成本和提高效率：通过稳态测量方法，可以找出系统中造成资源浪费和效率低下的因素，并采取相应的措施降低成本和提高效率。
结论稳态测量方法是一种用于评估系统稳态性能的重要方法。
通过正确应用稳态测量方法，可以全面评估系统的稳态性能，发现问题和改进的机会，并实施相应的优化改进措施。
稳态法测量固体导热系数
一、背景
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
原子能压水反应堆发电原理图
升温曲线
60
50
40
温度/度
30
20
10
0 0 5 10 15 20 25 时间/秒 30 35 40 45 50
57
降温曲线
56
55
y = -0.0126x + 55.886 R²= 0.9962
54 温度/度
53
52
51
50
49 0.0 100.0 200.0 300.0 时间/秒 400.0 500.0 600.0
1 2 Q S t h1
（2）
而根据物体的散热率与冷却率之间的关系，（1）式右边 可以写为：
q MC t 2 2 0 t
2 2 0
（3）
式(3)中M 是散热紫铜盘的质量，C 是其比热。C 385.0 J /( kg0 C ) 这样，只要测出散热铜盘的冷却速率
当如图一所示的系统达到热平衡时，通过待测样品的传热 速率和散热铜盘向侧面和下面的散热速率相同，即有
Q q t 1 10 t 2 20
样品的传热速率，
q 是铜盘散热率。 t
（ 1
（1）
式（1）中θ10、θ20是传热稳定时的样品上下表面温度， 是
Q t
根据傅立叶的热传导定律，（1）式左边可以写为：
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二、浓差极化
扩散过程中，反应物或产物粒子的传质迟缓，造成界 面区域电荷分布状态的变化，
三、欧姆极化 电流流过电极体系上的欧姆电阻时，引起欧姆压降，称 为欧姆极化。
包括金属电极的欧姆极化和溶液的欧姆极化。
同时存在电化学极化和浓差极化，此时两种极化超电 势之和称为界面超电势
cO0
(2-2)
第二节 各种类型的极化及其影响因素
极化：界面的电荷分布状态变化时引起的界面电势差的改 变。
极化的大小成为超电势.
最主要的三种极化类型： 电化学极化、浓差极化和电阻 极化（欧姆极化）。 一、电化学极化
电极达到稳态时，由电化学极化反应迟缓造成的电极/溶液 界面的电荷分布发生了变化，产生的电化学极化超电势。
改变界面电荷状态的双电层充电电流ic=0； 吸脱附引起的双电层充电电流i吸=0。
2.电极界面区反应物的浓度只与位置有关， 与时间无关。
达到稳态后，电极界面区扩散层内反应物和产物 粒子的浓度分布(扩散层厚度恒定)，不在随着时间 变化，只是空间位置的函数。 扩散电流id为恒定值。
Fick（费克扩散）定律：单位时间内通过单位平面的
当三种极化同时存在时，总的超电势为三种超电 势之和，
各种类型极化的动力学规律 为了便于讨论，假定电化学反应为简单的电荷传递反应
因为稳态电流全部由于电极反应所产生，所以i与反应速度υ成 正比，即：
ห้องสมุดไป่ตู้
：还原速度
：氧化速度
i
：还原电流
i
：氧化电流
(2-5)
,静电流密度 ； 交换电流密度；α,β分别是正向阴 极反应和逆向阳极反应的表观传递系数。
稳态不等于平衡态，平衡态是稳态的特例。
2.绝对不变的电极状态是不存在的
上述Zn2+/Zn溶解中，达到稳态时，Zn电极表面还在溶解，
只不过不显著而已。
3.稳态和暂态是相对的
稳态和暂态区分标准是参量变化是否显著，这个标准是相 对的。
二、稳态过程的特点
稳态系统的特点是由达到稳态的条件决定的。
1.电极界面状态不变(双电层的荷电状态不变)，通过 电极的电流全部用于电化学反应，i=ir
的情况下，才可以略去后两项。
i RnFTi10 id1O
id1R
(2-8)
相反i0《 id时，不可逆的情况下，略去后两项。 Rp取决于第一项电化学极化电阻Rct，也称为电荷传递电阻。
这就是著名的Tafel公式。这种电极的极化曲线示意于图4-2-1， 从图上也可以看出ηe和ηc具有完全不同的特征，在小电流时， 以ηe为主，在大电流时，以ηc为主。它们随电流变化的规律也
不相同。
把(2-7)式整理后可得到：
RnTFlni10 ln1iid1O
以
~
ln
1 i
1
id
O
作图得直线，从直线斜率和
第三章稳态测量方法文稿演示
电化学测量方法
第三章稳态测量方法
第三章 稳态测量方法
一． 稳态的定义 二． 稳态系统的特点 三． 各类型的极化及其影响因素 四． 测量稳态极化曲线的方法 五． 稳态测量方法的应用
第一节 稳态过程
在指定的时间范围内，电化学系统的参量（电极 电势、电流密度、电极界面附近液层中粒子的浓 度分布、电极界面状态等）变化甚微或基本不变， 这种状态称为电化学稳态。
扩散物质的量与浓差梯度成正比，即：
f
D
c
x
又根据法拉第定律：i nFf nFDcx
所以有：
i nFDOddcOxx0
对稳态系统，扩散层厚度是常数，与x无关，所以上式极化电流可以写成：
inFOD cxOnFcO D 0cO s (2-1)
当 cOs 0 时，电流达到极限，则极限扩散电流
id
nFDO
i0:id这个比值代表了电化学极化与浓差极化快慢的比较，决定了 电极的可逆性。
1、浓差极化控制下的可逆电极过程
浓差极化比
电化学极化更容易出现，电极表现为可逆电极。
i i0
基本上等于零，即
整理得
(2-7)
产物浓差极化产 生的过电势
反应物浓差极化产 生的过电势
超电势完全由浓差极化引起，表现为可逆电极。
截距分别可以算得αn和i0，说明电极体系处于扩散
和电化学步骤混合控制。
(2-6)
b.最后讨论在平衡电位附近的情况，这时 - RT ，因此
nF
(2-6)式的方括号内的指数项可以展开为级数，只保留前两
项，略去i·-η各项（因i小，η也小，i·-η就更小，可略），
整理后得
i RnFTi10 id1O
右图为在t1— t2时间内为 锌—空气电池以中小电流 放电的稳定状态。
稳态概念的理解：
1.稳态不等于平衡状态
正反应：Zn
Zn 2+ +2e-
逆反应：Zn 2+ + 2e- Zn
平衡态：
正逆反应速率相等，没有净物质转移，没 有净电流流过，电极状态为平衡。
稳态： 正逆反应速率相差一个稳定值，电流不变， 电势不变，达到稳态。
1
id
R
(2-8)
由(2-8)式可以看到，在平衡电位附近，-η~i曲线出现直线
性，斜率为极化电阻Rp，Rp可视为三个电阻
RT nF
1 i0
，RT nF
i
1
d O
，
和
RT nF
id1R的串联。对于可逆电极，即i0远大于(id)O和(id)R时，
Rp定于后两项稳态浓差极化电阻；相反i0《 id时，在不可逆
（2-5）式是电子反应的稳态电化学极化方程式，也称为 巴特勒-伏尔摩方程（Butler-Volmer方程）。它是电化学 极化的基本方程之一。
(2-5) (2-5)式只考虑电化学极化而尚未考虑浓差极化，考虑浓差 极化时和应该分别乘上校正因子cOs/cO0cRs/cR0， 于是，(2-5)式变为
(2-6)
2、不可逆电极过程 电化学极化比浓
差极化更容易出现，电极处于不可逆状态。
电极电势处于阴极极化的强极化区，电 极完全处于不可逆状态。
整理得
电化学极化超电势
(2-7) 浓差极化超电势
若i<<(id)O，ηc≈0，η=ηe，即：
eR n T F ln ii0R n T F ln i0 R n T F ln i a b lo g i
(2-6)式是同时包括电化学极化和浓差极化的i~η关系式，既适 用于不可逆电极，也适用于可逆电极， 对各种程度的极化(从平衡电位→弱极化→强极化→极限电流) 均适用。
(2-6)式中的i0和id分别表示电化学极化和浓差极化的参量。
在cO=cR=c的情况下
上式中ks 为标准速度常数，表征电荷传递过程快慢的参量。 同时，