不良导体导热系数的测量
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。
不良导体导热系数的测量数据及处理.doc
不良导体导热系数的测量数据及处理.doc
不良导体导热系数的测量是分析材料物理特性的一个重要方法，即材料在不同温度下传热过程中释放的热量，因此，测量和分析不良导体导热系数对研究和生产过程中对导热性能有着重要的意义。
在不良导热体的测量过程中，采用的是基于定温蒸发的测量方法，这种方法不需要控制热源，测量过程中只需要控制源温度即可。
测量方法的基本过程是：首先，将测量的不良导热体样品装入热浴容器中，然后给源温度设定一个定量的值，然后用仪表衡量样品的表面温度，控制热源温度，观察源温度与样品表面温度的变化特性，以此来获取样品的导热系数。
在不良导热体导热系数测量数据处理过程中，首先将测量的表面温度和源温度数据录入到计算机中，以绘制出源温度和表面温度变化的曲线，对曲线进行分析，以此来求出不同表面温度下的源温度保持稳定所需要的给源量。
然后，通过一阶函数计算出一组有关系式，根据有关系式计算出该样品的导热系数。
最后，检查测量偏差并书写报告。
不良导体导热系数的测量和处理是对外部热源对样品表面温度影响的一种重要的分析方法，不仅在生产过程中具有实用的价值，而且在科学研究领域也有着广泛的应用。
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。
实验26 测量不良导体的导热系数
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ht Q 21θθλ-A =∆∆ tQ∆∆为热流量，λ为该物质的导热系数，也称热导率，h-样品厚度， 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。
（二） 实验装置及方法d ht Q 2142πθθλ-=∆∆A- 加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度；θ1-加热铜盘的温度，θ2-散热铜盘的温度。
（三） 冷却法测量散热铜盘的散热速率∵ dt d t Q c m P P θ=∆∆散 ；dtd θ 是曲线在θ2点的斜率，如下图∴ ()dtd h d c m P P θθθπλ2124-= 四 实验内容及步骤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、调节支架上的三个螺丝使它往下降一部份，将散热铜盘放在它的上面，再往上放样品盘，然后将加热器放在样品盘上面，使三个盘紧密接触，然后把加热器固定，再用三个螺丝往上拧，使整个系统固定不动。
3、将热电偶的插头分别插入两对孔中，并打开毫伏计（要调零）判断热端冷端，将热端分别插入加热铜盘和散热铜盘，冷端插入杜瓦瓶中。
4、用220v 电压加热15分钟，再用110v 加热同时打开风扇，大约半小时后每隔壁5分钟观察θ1、θ2的值各一次，直到观察到连续两组的数值不变即可认为系统达到稳态，记录这组数据。
5、重新用220v 电压加热同时关掉风扇，观察θ2的变化，当达到 θ2+0.2mv 时停止加热并移开加热器同时打开风扇。
观察θ2的变化当温度回落到θ2+0.2mv 时开始每隔壁30秒读一次数据直到θ2-0.2mv ，关掉风扇即完成此次操作。
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。
19 不良导体导热系数的测量
不良导体导热系数的测量本实验的目的是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。
导热系数的最终计算公式为：式中m 铜——散热盘A 的质量c 铜——黄铜比热容，值212(2)2()()B B m c h R h dT R T T R h dtλπ+=⋅-+A A 铜铜A A 为793 J/kg ·K R A ——散热盘A 的半径h A ——散热盘A 的厚度R B ——样品盘B 的半径h B ——样品盘B 的厚度T 1——达到稳态后加热盘C 的温度T 2——达到稳态后散热盘A 的温度dT dt——散热盘A 在T 2附近的冷却速率【实验内容】1、自拟数据表格，用游标卡尺测量散热盘A 的直径及厚度，数据应多次测量，并求出平均值R A 、h A 。
散热盘A 侧面有编号，根据编号记录相应的质量m 铜。
2、由于样品盘B 直径不易测量，默认直径与散热盘A 相同，即R B =R A 。
3、确认控制器电源处于关闭状态后，将3个测微头示数旋至大于10mm ，安装加热盘C ，并通过手拧螺丝紧固。
放置散热盘A ，再将样品盘B 放在加热盘C 与散热盘A 中间，样品盘B 要求与加热盘C 、散热盘A 完全对准。
调节底部的3个测微头，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧。
4、记录3个测微头的示数h B1、h B2、h B3。
5、将Pt100和半导体传感器分别插到加热盘C和散热盘A的小孔中。
为确保传感器与加热盘和散热盘接触良好，必要时涂上一些导热硅脂。
6、确认接线正确、完整后，打开控制器电源，设置目标温度为70℃。
加热盘即开始加热。
同时打开风扇，形成稳定的散热环境。
7、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5分钟或更长的时间内散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了，该实验中约为55℃。
记录温度值T2。
8、将半导体传感器插到加热盘的小孔中，测量温度值T1。
不良导体导热系数的测量实验教案
上。
(2) 测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。 右击锁定按钮，将游标卡尺解锁：
拖动下爪一段距离：
将待测物体从待测物栏中到两爪之间，松下鼠标，待测物会放在合适的位置：
(3) 将橡胶盘拖至主仪器的支架上。 1) 先将橡胶盘从实验仪器栏中拖放到实验桌上：
前应将红外灯移至最大位置，并且同时移除加热铜盘上的连线。点击双刀双掷开 关，可改变开关的位置 自耦调压器:
实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 鼠标左键或右键点击调压旋钮，调节输出电压。
数字电压表: 实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 点击电源开关可打开或关闭数字电压表。点击大视图中的相关按钮，可进行 相应的设置及调节(按下调零按钮，可点击调零旋钮对其进行调零；调零后即可 选择合适的档位进行测量)
2) 双击打开主仪器窗体，依次移开红外灯、保温桶，再将橡胶盘拖放到散 热铜盘上：
(4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。
(5) 移走橡胶盘，加热铜盘 A、C。 (6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。
(7) 记录数据。 (8) 根据记录及已知数据求解橡胶盘的热导系数并填写到表格中。
六、思考题
本实验的目的是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。
二、实验原理
图 1 不良导体热导率测定装置原理图
1. 导热系数 1882 年法国科学家傅里叶(J.Fourier)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里叶热传导定律的基础之上的。本实验采用的是稳态平 板法测量不良导体的导热系数。
不良导体导热系数的测量 (6)
实验报告一、实验题目：不良导体导热系数的测量二、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。
三、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，其比例系数为热导系数或导热率，即dQ dTdS dt dxλ=- 其中dQ dt 为传热速率，dTdx是与面积相垂直的方向上的温度梯度，“—”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。
2、不良导体导热系数的测量厚度为B h 、截面面积为B S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘A 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11B BT T dQS dt h λ-=- （1） 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dQ dt。
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。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，即'A A A A A A R (R 2h )dQ dQ dt R (2R 2h )dtππ+=⋅+式中'dQ dt为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体，有'dQ dT mc dt dt =。
这样，就有A A A A Cu A A A R (R 2h )dQ dT=m c dt R (2R 2h )dtππ+⋅+ （2） 比较（1）和（2）式，可以求出导热系数为A CuB A A 2B A A 12m c h (R 2h )dT=2R (R h )(T -T )dtλπ+⋅+ （3）四、实验内容1、观察和认识传热现象、过程及其规律： （1）自拟数据表格，用卡尺测量铜盘A 和样品B 的厚度及其直径，并求出平均值和误差（各测三次）；（2）熟悉各仪表的使用方法，并按书上的图示连接好仪器；（3）接通调压器电源，将红外灯升压，使其从零缓慢升至200V 。
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。
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[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。
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实验题目：不良导体导热系数的测量实验目的：了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并利用作图法求冷却速率。
实验原理：1、导热系数导热系数是反映材料热性能的重要物理量。
目前对导热系数的测量均建立在傅立叶热传导定律的基础上。
本实验采用稳态平板法。
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T 1、T 2，以h B 表示样品高度，S B 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。
实验装置：如图实验内容：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250V左右进行加热至一定温度（对应T1电压值大约在）；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，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。
实验数据：几何尺寸测量：直径（mm）厚度（mm）序号123123 A板B板表一：A、B板的几何尺寸测量结果A质量m=806g，比热容c=kgK。
稳定温度（实际是电压值）： T1： T2：A盘自由散热过程中：123456T（用电压，mV）表二：自由散热温度（最接近T 2的12个）数据处理：将导热系数的公式变形为dt dVh D V V D h D mch A A B A A B ⋅+-+=)2)(()4(2212πλA 盘直径的平均值mmmm D D D D A A A A 89.129390.12972.12904.1303321=++=++=B 盘直径的平均值mmmm D D D D B B B B 46.129352.12944.12942.1293321=++=++=A 盘厚度的平均值mmmm h h h h A A A A 95.6392.690.602.73321=++=++=B 盘厚度的平均值mmmm h h h h B B B B 98.7300.892.702.83321=++=++=利用ORIGIN 作图得到dV/dt ：V /m Vt/s图一：A 盘散热过程线形拟合图Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------ A B------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------12 <------------------------------------------------------------ 从中得到dV/dt=×10-3mV/s 于是计算有：)/(45.0)/()1095.6212989.0()73.209.3(12946.014.31056.1)1095.6412989.0(1098.710389.0806.02)2)(()4(2323333212K m W K m W dtdVh D V V D h D h mc A A B A A B ⋅=⋅⨯⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅+-+=----πλ测量列D A 的标准差为mmmm n D DD iAi AA 16.013)90.12989.129()72.12989.129()04.13089.129(1)()(2222=--+-+-=--=∑σ取P=，查表得t 因子t P =，那么测量列D A 的不确定度的A 类评定为mmmm nD t A P12.0316.032.1)(=⨯=σ仪器（游标卡尺）的最大允差Δ仪=，人读数的估计误差可取为Δ估=（一格），于是有mmmm gu yi 03.002.002.02222=+=∆+∆=∆游标卡尺为均匀分布，取P=，故D A 的不确定度的B 类评定为mm mm C D u A B 02.0303.0)(==∆=于是合成不确定度68.0,12.0)02.01(12.0)]([]3)([)(2222==⨯+=+=P mm mm D u k D t D U A B P A PA σ类似可以计算得（P 均为）：U （D B ）=，U （h A ）=，U （h B ）=。
对于电压V 的测量，由于在10min 内允许的波动，那么就认为U （V 1）=U （V 2）=3=（均匀分布）。
根据ORIGIN 作图结果有U （dV/dt ）=×10-5mV/s 。
由计算公式以及不确定度的传递规律，有22222122212222222}2)]([2)]([{})]([)]([{])([4])([}4)]([4)]([{])([])([A A A A B B A A A A B B h D h U D U V V V U V U D D U dtdV dt dVU h D h U D U h h U U +++-+++++++=λλ整理后就得到（P=）)/(02.0)/()95.6289.12905.0212.0()73.209.301.001.0()46.12904.0(4)1056.11012.2()95.6489.12905.0412.0()98.704.0(45.0}2)]([2)]([{})]([)]([{])([4])([}4)]([4)]([{])([)(222222223522222222212221222222K m W K m W h D h U D U V V V U V U D D U dtdV dt dV U h D h U D U h h U U A A A A B B A A A A B B ⋅=⋅⨯+⨯++-++⨯+⨯⨯+⨯+⨯++⨯=+++-+++++++=--λλ于是最终结果表示成68.0),/()02.045.0()(=⋅±=±=P K m W U λλλ误差来源的具体分析见思考题。
实验小结：1、本实验原理比较简单，但是操作过程和数据处理比较复杂；2、实验操作中应该注意用电安全，注意线路连接的准确性和稳定性（插口是不是接触良好），同时在使用热源时也要防止烫伤；3、实验过程中比较关键的步骤是寻找温度（电压）的稳定值点，也就是达到热平衡的点，寻找过程中应注意观察T 1、T 2的变化情况，根据变化情况适当增大或者减小热源的供热（改变电压）；4、在数据处理中，对dV/dt 的误差的分析很关键，但是我不知道怎么分析，暂且利用ORIGIN中给出的ERROR 作为不确定度的A 类评定，且认为B 类评定相对于A 类评定可以忽略，但从表达式和测量值的根本出发，比较合理的方式应该是利用回归分析，得到相关系数（不知道ORIGIN 中给出的R 是不是就是相关系数）求解斜率（也就是dV/dt ）的标准差，同时在考虑不确定度的B 类评定时，应该对温度和时间分开计算后合成，又或者应该使用逐差法还是没有完全明白。
思考题：1、 试分析实验中产生误差的主要因素。
Sol ：一般来讲，热学实验中最大的误差是热量的耗散，这导致了在普通实验条件下对于热量的测定是很不准确的，这是一个很难避免的系统误差。
根据实验过程和公式，知道实验中由测量带来的误差会体现在对物体几何尺寸的测量、温度（电压）的测定（此时把材料的质量、比热容作为常量）、时间的测量上。
根据最后的误差传递公式，可以知道根号下各项中，数值最大的是关于V 1、V 2的一项，也就是对平衡温度的测量（其实对于这个量的误差到底是不是这么算的，我也没想明白）；而对时间的测量上，误差其实是很小的，因为降温速率并不快，差几秒去读数，示数基本没变化。
2、 傅立叶定律中传热速率是不容易测准的量，本实验是如何避开的Sol ：本实验中利用了热学中一些基本的公式和散热性质，以及热平衡规律，将传热的测量转为散热的测量，并利用比较系数的方法使测量更简单。