不良导体导热系数测定
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
不良导体导热系数测定
不良导体导热系数的测定一、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、 掌握—种用热电转换方式进行温度测量的方法二、实验仪器导热系数测定仪、游标卡尺等三、实验原理1、如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0 处取一个垂直截面积dS ，以dz dT 表示在Z 处的温度梯度，以dtdQ 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成：dS dz dT dt dQ Z 0)(λ-= （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。
可见，只要测量出样品的温度梯度和传热速率，及垂直于传热方向上样品的面积，即可求出该样品的导热系数。
2、YBF 一3导热系数测试仪实验原理 实验装置如右图，把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体——铜板之间，使两块铜板分别保持在恒定温度T 1和T 2，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，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T 1、T 2 ，就可以确定样品内的温度梯度。
为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜块，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。
当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡状态，称之为稳态。
此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。
这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度T 2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。
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。
不良导体的导热系数
【数据表格及数据处理 】
实验数据记录（铜的比热c=0.09097cal· g-1· C-1，比重8.9g/cm3） 散热盘P：质量m= （g） 半径 Rp= (cm)
1 Dp (cm) hp (cm)
2
3
4
5
橡胶盘：半径Rb= (cm)
1
2
3
4
5
DB(cm) hB(cm)
稳态时T1、T2的值（转换见附录1的分度表）T1=
【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
ห้องสมุดไป่ตู้
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 。
实验中，在读得稳定时的T1和T2 后，即可将B盘移去，而使盘A 的底面与铜盘P直接接触。当盘 P的温度上升到高于稳定时的T 值若干摄氏度后，再将圆盘A移 开，让铜盘P自然冷却。观察其 温度T随时间t变化情况，然后由 此求出铜盘在T2的冷却速率
Q T T T T2 , 而mc T T2 t t t
t
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。
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。
不良导体导热系数的测定
不 良 导 体 导 热 系 数 的 测 定班级： ___姓名：____日期：______【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不良导体的导热系数3、用作图法求冷却速率。
【实验原理】 1、导热系数当物体内部存在温度梯度时，热量从高温向低温传导，这种实验称之为热传导。
dx dt dT dtdQ ⋅-=λ其中λ就是导热系数。
2、不良导体导热系数的测量样品为一平板，当上下表面温度稳定在T 1、T 2，以h B 表示样品高度，S B 表样品底面积：BBS h T T dtdQ ⋅-=21λ由于温差稳定，那么可以用A 在T 2附近的dT/dt （冷却速率）求出dQ/dt 。
根据散热速率与散热面积成正比，则dtdQ h R h R dtdQ h R R h R R dtdQ PA A A A PA A A A A A ⋅++=⋅++=2)(2)2(ππ又根据热容的定义dt dT mc dt dQ P⋅=有dtdT h R T T R h R mch A A B A A B ⋅+-+=))((2)2(212πλm 、hB 、RB 、HA 、T1、T2、都可以由实验测量出准确值，c 为已知的常熟，c=0.0883cal/g ﹒C,因此，只要求出dtdT ，就可以求出导热系数，从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。
【实验内容】一，观察和认识传热现象，过程及其规律1、用游标卡尺测量A 、B 两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至250V 左右进行加热至一定温度（对应T 1电压值大约在3.20-3.40mV ）；3、将电压调至125V 左右，寻找稳定的温度（电压），使得板上下面的温度（电压）10分钟内的变化不超过0.03mV ，记录稳定的两个电压值；4、直接加热A 板，使得其温度相对于T 2上升10度左右；5、每隔30s 记录一个温度（电压）值，取相对T 2最近的上下各6个数据正式记录下来；二，用逐差法求出铜盘A 的冷却速率，并由公式求出导热系数λ。
2-实验六不良导体导热系数的测定
实验六(b) 不良导体导热系数的测定实验目的1. 掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平衡法。
2．测定不良导体（橡皮或胶木）的导热系数, 并学会利用冷却法绘制曲线求等温冷却速度。
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℃）, 蒸汽发生器, 气压计（共用）, 游标卡尺, 螺旋测微器, 秒表。
实验原理不良导体导热系数测定仪器装置如图3－6b－1所示。
上铜板与蒸汽室相接, 汽室内的温度T1为水的沸点温度, 可由气压计测出室内压强值, 再按附近压强与沸点之间的关系求得T1。
下铜板侧面开有一个小孔, 可插入温度计, 测量T2, 下有绝热支架, 便于悬在空中有利于散热。
热传导理论指出, 只要物质内部的温度不均匀, 便有热量传递。
根据热传导定律, 沿直线L方向, 在dt时间内通过垂直于L方向上的面积元ds传递的热量为式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；是温度梯度；K为导热系数。
对于一个厚度为h、面积为S的圆形板状的不良导体, 若维持上、下面稳定的温度T1和T2,其侧面绝热, 则在时间内t, 沿着与S面垂直方向上传递的热量Q可表示为（3－6b－1）待测圆形板状不良导体用相同形状的铜板夹持, 如图3－6a－1所示。
若要忽略侧面散热, 应使h较小, 因而做成薄圆形板状体。
它和上下铜板密切接触, 做到紧密吻合。
只有这样, 上下铜板的温度T1.T2就是待测不良导体上下面的温度。
当温度稳定时, 导热系数可以表示为（3－6b－2）式中h、S、T1.T2均可测量。
为待测不良导体的传热速率, 在稳定传热状态下, 可以认为它等于下铜板在温度为T2时, 从下面和侧面向环境散热的速率。
本实验用下铜板的冷却曲线来求散热速率, 其方法如下: 取出待测样品, 使上下铜板直接接触一段时间后, 再取走上铜板, 让下铜板向环境散热, 自然冷却。
若这时下铜板通过上下两面和侧面的散热速率为, 则（3－6b－3）, （3－6b－4）式中c和m为下铜板的比热和质量。
不良导体导热系数的测量实验报告
不良导体导热系数的测量实验报告
实验目的：
1.了解不良导体的特性；
2.测量不良导体的导热系数。
实验原理：
不良导体是指导热性能较差的物质，如木材、塑料等。
导热系数是描述不良导体导热性能的一个物理量，它反映了单位面积、单位厚度、单位温度梯度下热量通过材料传导的能力。
导热系数越小，说明该材料导热性能越差。
实验仪器：
1.不良导体样品；
2.热绝缘材料；
3.热源；
4.温度计；
5.测量仪器。
实验步骤：
1.将热绝缘材料平铺在工作台上，摆放不良导体样品；
2.将热源放置在样品的一侧，使其与材料保持良好的接触；
3.在样品的另一侧放置温度计，用以测量温度变化；
4.开始记录温度的变化，记录一定时间内温度的变化曲线；
5.使用测量仪器测量材料的厚度和面积。
实验数据和结果：
根据记录到的温度数据，可以得到温度随时间的变化曲线。
根据这些数据，可以计算出材料的导热系数。
实验讨论：
在讨论中，可以对不良导体的导热性能进行评估，并分析不同因素对导热系数的影响。
实验总结：
通过本次实验，我们了解了不良导体的特性和导热系数的测量方法。
同时，我们也明白了导热系数与材料导热性能之间的关系。
这对于我们选择材料、设计热工设备等方面都具有重要意义。
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。
不良导体导热系数的测定
《基础物理》实验报告学院： 国际软件学院 专业： 软件工程 2010 年 12 月 20 日一、实验目的1）学习平板法测量不良导体导热系数的方法2)掌握在科学实验室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法 3)学习根据动态平衡的原理测定热流速率的方法 二、实验原理 1．稳态平板法。
根据热传导理论，当物体内部存在温度梯度时，热量从高温向低温传导：dx dt dTdt dQ ⋅-=λ其中λ就是导热系数。
2、不良导体导热系数的测量样品为一平板，当上下表面温度稳定在T1、T2，以hB 表示样品高度，SB 表样品底面积：B BS h T T dt dQ⋅-=21λ由于温差稳定，那么可以用A 在T2附近的dT/dt （冷却速率）求出dQ/dt 。
根据散热速率与散热面积成正比，则dt dQ h R h R dt dQ h R R h R R dt dQ PA A A A P A A A A A A ⋅++=⋅++=2)(2)2(ππ又根据dt dTmc dtdQ P ⋅= 有dtdTh R T T R h R mch A A B A A B ⋅+-+=))((2)2(212πλ从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。
三、实验设备及工具导热系数测定仪、杜瓦瓶、电热偶、游标卡尺、直流电压放大器 四、实验内容及原始数据 （一）实验内容1、用游标卡尺测量A 、B 两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至200V 左右进行加热20分钟左右（对应T1电压值大约在3.20-3.40mV ）；3、将电压调至150V 左右，寻找稳定的温度（电压），使得板上下面的温度（电压）10分钟内的变化不超过0.03mV ，记录稳定的两个电压值；4、直接加热A 板，使得其温度相对于T2上升10度左右；5、每隔30s 记录一个温度（电压）值，取相对T2最近的上下各6个数据正式记录下来；6、整理仪器；数据处理。
不良导体导热系数的测定
(4)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 1 0 分钟或更长的时间内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
得
897.33103kg 385J/（kg k） 0.0310C (65.065mm 27.66mm) 2 65.065mm 2 7.66mm
4 70
7.26 0C
103m 49.6 0C
3.14
1 （129.86
103m）2
0.16W / (m k)
48.0
47.7
47.5
47.1
46.9
冷却曲线如下：
4
由上图计算得斜率 k=0.031℃/S
即
0.0310C / s
t 2
将其代入
0.89733kg 385J（kg k） 0.0310C
(RP 2hP ) 4hB 2RP 2hP 1 2
1 dB2
Q t
1 2 4hB
dB2
…………………………………………
（2）
实验装置如图 1 所示、固定于底座的三个支架上，支撑着-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电加 热，可以设定加热盘的温度。
不良导体的导热系数的测定
MCTH20 加热 上铜板 样品 下铜板
不良导体导热系数实验仪
加热 开关
Enter
+ + -
T1 T2
温度测量输入
Quit
【
实 验 内 容
】
3 打开主机背部电源开关，进入热平衡，打开加热开 打开主机背部电源开关，进入热平衡， 的数值在10分钟之内几乎不变化 分钟之内几乎不变化， 关，当T2的数值在 分钟之内几乎不变化，便可以视 为达到热平衡。记录热平衡时两盘的温度T 为达到热平衡。记录热平衡时两盘的温度 1、T2。
平衡温度以及冷却时时间、 表2.5.2 平衡温度以及冷却时时间、温度记录
热平衡时， 热平衡时，加热盘温度T1 = 冷却过程中，数据记录如下： 冷却过程中，数据记录如下：
散热盘温度T2 =
t i (s)
Ti T=T
2
t − 15 t − 10
t −5
t
T2
t + 5 t + 10 t + 15
(℃) (℃
热平衡 列表
再升温 冷却
曲线
开机后LCD显示 图2.5-4 开机后 显示
热平衡过程LCD显示 图2.5-5 热平衡过程 显示
【
实 验 内 容
】
4 热平衡后，关闭加热开关，按“QUIT”键退出，将样 热平衡后，关闭加热开关， 键退出， 键退出 品从铜板中间取出，让上铜盘贴近下铜盘，然后进入“ 品从铜板中间取出，让上铜盘贴近下铜盘，然后进入 再升温”选项直接加热下铜盘 打开加热开关）， 选项直接加热下铜盘（ ），当 再升温 选项直接加热下铜盘（打开加热开关），当T2 高于下铜盘平衡温度10度后 显示“OK”。如图 度后， 高于下铜盘平衡温度 度后，显示 。如图2.5-6所 所 箭头对应温度为下铜盘平衡温度。 示，箭头对应温度为下铜盘平衡温度。
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
实验2-18-不良导体导热系数的测定
实验2—18 不良导体导热系数的测定导热系数，工程上又称热导率，是描述材料性能的一个重要参数，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。
由于材料结构的变化对导热系数有明显的影响，导热系数的测量不仅在工程实践中有重要的实际意义，而且对新材料的研制和开发也具有重要意义。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
测量良导体和不良导体导热系数的方法各有不同。
对于良导体，常用流体换热法测量所传递的热量，计算导热系数；对于不良导体，通过测量传热速率，间接测量所传递的热量，计算导热系数。
稳态平板法是测量不良导体导热系数的一种常用方法。
【实验目的】1．掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平板法。
2．利用物体的散热速率求传热速率。
3．了解相关仪器及热电偶测温度。
【实验仪器】本实验所用仪器有：实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、热电偶、电压表、秒表等。
实验装置如图2—18—1所示，在支架D 上先后放上圆铜盘C 、待测样品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T 1、T 2，它们的数值分别用各自的热电偶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 为双刀双向开关，用以变换上、下热电偶的测量回路，电压表F 用以测量温差电势。
【实验原理】热传导理论指出，只要物质内部的温度不均匀，便有热量传递。
根据热传导定律，沿直线Z 方向，在dt 时间内通过垂直于L 方向上的面积元ds 传递的热量为dSdt dZdT dQ λ-=式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；dZdT 是温度梯度；λ为导热系数。
对于一个厚度为h 、面积为S 的圆形板状的不良导体，若维持上、下面稳定的温度图2－18－1T 1和T 2,其侧面绝热，则在时间∆t 内，沿着与S 面垂直方向上传递热量Q ∆可表示为 t S hT T Q ∆-=∆21λ （2－18－1）本实验装置如图2—18—1所示，由上述热传导基本公式通过待测样品B 板的传热速率可写成：221B BR h TT tQ ⋅⋅-⋅=∆∆πλ （2—18—2）式中h B 为样品厚度，R B 为样品圆板的半径，T 1为样品圆板上表面的温度，T 2为其下表面的温度，λ为样品B 的导热系数。
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。
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。
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 ）。
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。
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E = (T – T0)
式中T 是热端温度，T0 是冷端温度，其单位用“℃”，
称温度系数，其大小决定于组成热电偶的材料。单位
为 “mV/℃”。
T
E
t T2 t E2
本实验热电偶冷端温度为0oC。当温差100oC时，其温差电动势约4.2mV 。
导热系数的计算公式
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
Q k T2 T1 St
h
h
k
h
Q
S (T1 T2 ) t
式中，Q
t
为样品在S
法线方向上的传热速率。
稳态法如何测 Q ？ t
加热盘
当传热达到稳态时，T1、T2 的值不变，
（4）当E降至3.50mV左右时，通过手动不断交换220V档、110V档 或0V档，然后每隔一段时间读一次温度值，若10min内样品上、下 表面温度E1和E2示值基本不变，则可以认为达到稳定状态（使E读数 在3.47—3.53mV范围内）。记下稳态时 E1和 E2值（3.50mV、 2mV）。
（5）随后移去样品盘B，让散热A盘与传热筒C的底部直接 接 触 ， 加 热 A 盘 ， 使 A 盘 的 温 度 比 平 衡 时 的 温 度 E2 高 出 约 20oC左右时（电压表读数约增加0.8mV），把调压器调节到 零电压，断开电源，移去传热筒C，让A盘自然冷却，每隔 30s记一次散热A盘相应的电压示数，直到电压表读数比平 衡时的温度E2 低0.5mV左右为止（在原来基数之上上加0.8 下减0.5，如2mV则从2.8读到1.5mV）。最后选取邻近E2的 测量数据来求出冷却速率。
不良导体导热系数的测定
北京化工大学
一、实验目的
1．了解热传导的基本规律及散热速率的概念；
2．掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法；
二、实验仪器
圆铜散热盘，待 测样品（圆盘形不良 导体），紫铜圆筒 （卡尺，物理天平。
三、实验原理
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都有明显影响。
k
mc
hB
RB2 (E1
E2 )
( Rc ( Rc
2hc ) 2hc )
E t
E2
四、实验步骤
（1）用游标尺测量样品盘B 和散热A盘的半径和厚度，用电子秤秤 铜盘的质量，各测一次。
（2）按电路接好热电偶及数字式电压表的测量回路。将开关打到中 间，用调零旋钮将电压表调零。
（3）将电热板电源打到200V，打开冷却电扇。加热大约几分钟后加 热A盘的E= 4.00mV即可将开关拨至110V或0V，使A盘的温度下降。
A
热源通过样品盘B 的传热速率与散热盘C 向周
围环境的散热速率相等，因而可以通过测散热
盘在稳定温度T2 时的散热速率来求出样品盘
散热盘 C
样品盘 B
的传热速率。若散热盘的质量为m、比热为c， 则散热盘在T2 附近的散热速率为
Q
T
mc
t T2
t T2
但须注意，这样求出的是黄铜盘的全部表面暴露于空气
测量导热系数的方法一般分为两类：稳态法和动态 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，然后再进行测量。在动态法中，待测样 品中的温度分布是随时间变化的。例如 呈周期性变化等。 本试验采用稳态法进行测量。
1、付里叶方程 （热传导的基本公式）
在物体内部，取垂直于热传导方向（设温度的变化只沿
的冷却速率，其散热表面积为 2Rc2 2RchB （其中
Rc与hB分别为黄铜盘的半径与厚度）。然而，在观测样
品稳态传热时，P盘的上表面（面积为 Rc2 ）是被
样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成
正比，则稳态时铜盘散热速率的表达式应修正如下：
Q t
T2
m
c
Rc2 2Rchc 2Rc2 2Rchc
x 方向进行）的两个平行面元ds，在dt 时间内通过面元
ds 的热量dQ 满足下列方程（付里叶方程）：
dQ k( dT )dsdt dx
其中，dT dx
是温度梯度， k
为材料的导热系数，单位为
W·m-1·K-1，“―” 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（R2）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
T t
T2
即，由于加热时与散热时C 盘暴露在空气中的表面积不
同，而冷却速率与表面积成正比，将散热速率修正后用
散热速率 Q 代替传热速率 Q 。
t T2
t
将上式代入 k
h
Q
S(T1 T2 ) t
k mc
hB
(Rc2 2Rchc ) T
RB2 (T1 T2 ) (2Rc2 2Rchc ) t T2
五、注意事项
(1)将热电偶插入A盘和C筒底部保持良好接触;
(2) 将样品抽出时，先断开加热电源，同时要防止高温烫
伤；
(3)实验结束之前，冷却风扇应一直处于工作状态；
(4)本实验选用铜—康铜热电偶测温度，温差100oC时，其
温差电动势约4.2mV，故应配用量程0—10mV、并能读到 0.01mV的数字电压表。
3.热电偶
热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。
热电偶的原理：热电偶测温的基本原理是热电效应，由于两种 不同金属相互接触将产生接触电动势，在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中，当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时（当导体A和B的两个执着点之间存在温差时）, 在回路 中就会产生热电势。这就是所谓的塞贝克效应。如果我们将两种金 属焊接组成闭合回路，其中一个焊点置于要测温的部分（我们称之 为热端），另一个焊点置于冰水混合物中（我们称之为冷端），从 而构成一个测温热电偶。
六、数据记录及处理要求
1、自拟表格记录数据。
2、以时间t为横轴，温度E为纵轴，画出散热盘的冷却 曲线。然后画出经过曲线上温度E2点的切线，求出此直 线的斜率K，K即为温度E2时散热盘的冷却速率。将各数 值代入公式求出不良导体的导热系数。