第三章-稳态测量方法1-3
稳态法测量不良导体的导热系数
稳态法测量不良导体的导热系数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的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数的实验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，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能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，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。
【实验目的】本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。
【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，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t ∆时间内通过样品的热量Q ∆满足下式：S h t QB21θθλ-=∆∆ (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：2214B Bd h t Qπθθλ-=∆∆ (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电加热，可以设定加热盘的温度。
稳态法测量不良导体导热系数
稳态法测量不良导体导热系数【实验目的】1．利用物体的散热速率求传热速率。
2.（用稳态平板法测定不良导体的导热系数。
） 【仪器用具】1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表） 一台 2．杜瓦瓶（或低温实验仪） 一只/台 3．硬铝样品（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） 一根 4．橡皮样品 一块 5．测片 一把 【实验内容】1．测量不良导体----橡皮样品的导热系数。
2．测量金属----硬铝测试样品的导热系数。
3．测量空气的导热系数。
【结构特性】在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘之间距离和平整度的。
除测量金属样品时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的导热系数时，均将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺母旋紧，具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下。
使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
【测量范围、精度】1．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃ 温差测量的精度0.5℃;2. 计时部分：范围０～100min;最小分辨率1S, 精度:10-53. 电压表：精度0.1%;【实验原理】导热是物体相互接触时,由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向(设Z 方向)进行的时候,热传导的基本公式可写为:(2-9-1)它表示在dt 时间内通过ds 面的热量为dQ,dT/dz 温度梯度,λ为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m •k),它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。
在图一中，B 为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物B 向低温铜盘传递，若B 很薄，则通过B 侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量沿着垂直待测圆板B 的方向传递，那么，在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在Δt 时间内，通过面积为S 、厚度为h 的匀质板的热量为dt ds dz dTdQ Z ⋅-=0)(λ(2-9-2)△T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。
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。
实验讲义稳态法测固体的导热系数
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（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》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：T grad q λ-=此即傅里叶热传导定律，其中q 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），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是11K m W --∙∙ 。
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。
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。
传热学第三章稳态导热
传热学第三章稳态导热
11
根据热阻串联的叠加原则，通过三 层壁的热流密度计算式为：
q
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
W/m2
、
qA
1
tw1 tw4
2 3
W
1A 2A 3A
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传热学第三章稳态导热
12
由
q
t
可得各层接触面上的温度分别为 ：
tw2
、tw1
q1 1
℃
tw3
பைடு நூலகம்
tw4
W/m2
可见，通过平壁稳态导热的热流密度 取决于导热系数、壁厚及两侧面的温差。
稳态下平壁内与热流相垂直的各截面 上的热流密度为常量。
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传热学第三章稳态导热
6
通过整个平壁的热流量为：
AqAt
W
当λ=λ0(1+bt) 时，在温差(t1-t2 ) 下的导热量仍可用常物性导热计算式来 计算，只需用平均温度t=(t1+t2)/2 下的平 均导热系数计算即可。
rλ
rh2
传热学第三章稳态导热
返回 15
第二节 通过圆筒壁的导热
一、第一类边界条件下的圆筒壁导热 二、第三类边界条件下的圆筒壁导热 三、临界热绝缘直径
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传热学第三章稳态导热
16
一、第一类边界条件下的圆筒壁导热
1.单层圆筒壁
已知：长圆筒壁 r1、r2、 l ；
λ=const
r=r1 ,t=tw1; r=r2 ,t=tw2 求： (1) Φ=？
第三章 稳态导热
§3-1 通过平壁的导热 §3-2 通过圆筒壁的导热 §3-3 通过球壁的导热 §3-4 接触热阻 §3-5 通过肋片的导热
华科 工程测试技术 4压力测量
-0.5
Kp=1：临界点，为 滞止压力； kp=0：ps1=ps 压力探针： Xh：3-8D, Xs：8-15D d/D=0.3
v
0
0.5 1
Xh
0 1D 2D 3D 4D
Xh
D
Xs
3.2稳态压力测量
二、流体静压的测量与静压探针 1、壁面静压测量
测压孔轴线 与壁面垂直 d=0.5～ 1.5mm
2 2
h—液面高度差；d—玻璃管径； D—大容器直径。由于D>>d， 故d2/D2可以忽略，则
∆p ≈ hρg
3.2稳态压力测量
3、斜管压力计 测量微小的压力时，将单管压力计的玻璃管制成斜 管。大容器通入被测压力 p1 ，斜管通大气压力 p2 ， 则
∆p ≈ hρg = Lρg sin α
L—斜管内液柱的长度； α—斜管倾斜角。 由于L>h， 比单管压力计更灵敏
3.3动态压力测量
金属应变片的电阻R为
R = ρ ⋅l / A
ρl
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
代入
l dR = dl − 2 dA + dρ A A A R = ρ ⋅l / A
dρ dl dA dR = R − R +R l A ρ
ρ
3.3动态压力测量
dR dl dA dρ = − + R l A ρ
3.2稳态压力测量
1、弹簧管压力计
测压范围为-105~ +109 Pa； 精确度可达±0.1％。
3.2稳态压力测量
2、膜片/膜盒式压力计 单膜片测压元件主要用于低压的测量。金属膜片/ 橡胶膜片；平面/波纹；膜片/膜盒 优点是：可测微压和粘滞性介质压力。
稳态法测量实验报告
一、实验目的1. 了解稳态法的基本原理和实验方法。
2. 掌握稳态法测量导热系数的实验步骤和数据处理方法。
3. 培养学生的实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理稳态法测量导热系数是通过测量材料的温度梯度和热流量来计算导热系数的。
在稳态条件下，热流密度与温度梯度成正比，即q = -k ∆T/∆x，其中q为热流密度，k为导热系数，∆T为温度梯度，∆x为材料厚度。
三、实验器材1. 导热系数测量装置：包括热源、试样、温度传感器、数据采集器等。
2. 精密天平：用于测量试样质量。
3. 温度计：用于测量试样温度。
4. 计算器：用于数据处理和计算。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将试样放置在实验台上，确保试样与实验台面紧密接触。
2. 启动热源，调节温度，使试样达到稳态温度。
3. 使用温度传感器测量试样表面的温度，并记录数据。
4. 使用数据采集器记录温度传感器采集的温度数据。
5. 关闭热源，等待试样温度稳定。
6. 再次使用温度传感器测量试样表面的温度，并记录数据。
7. 重复步骤3-6，记录多次温度数据。
8. 使用精密天平测量试样质量，并记录数据。
9. 根据实验数据，计算导热系数。
五、数据处理1. 计算温度梯度：根据实验数据，计算试样表面的温度梯度∆T/∆x。
2. 计算热流密度：根据实验数据，计算热源与试样之间的热流密度q。
3. 计算导热系数：根据公式q = -k ∆T/∆x，计算导热系数k。
六、实验结果与分析1. 实验结果：根据实验数据，计算得到试样导热系数为k = ... (单位：W/(m·K)）。
2. 分析：实验结果与理论值进行比较，分析误差产生的原因，如实验装置误差、温度测量误差等。
七、实验结论通过稳态法测量实验，成功测量了试样的导热系数。
实验结果表明，稳态法是一种有效的测量导热系数的方法，适用于不同材料的导热系数测量。
八、实验心得1. 稳态法测量导热系数的实验操作较为简单，但需要注意实验装置的稳定性和温度的准确性。
传热学基础(第二版)第三章教学课件 稳态导热讲义
图中肋片高度为H，肋片厚
度为，肋片宽度为b，肋片
b
根部（肋基）的温度为t0，
Φc
环境温度为t，环境与肋片 之间的换热系数为h。肋片 δ 0 Φx Φ x+dx
x
的横截面积为Af及截面周边
dx
长度为U。导热系数和换热
系数均为常数。
H
24/40
由于肋片的作用是为了
增大传热，故肋片材料
b
的导热性能都比较好，
1、通过单层圆筒壁的导热
导热微分方程:
d r dt 0 r r1,t t1
dr dr
r r2 ,t t2
t1
r1 t2
积分上面的微分方程两次得r
到其通解为 : t c1nr c2
r2
得出圆筒壁的温度分布为:
n r
t t1
r1
t 2 t1 n r2
13/40
r1
圆筒壁内的温度分布是 一条对数曲线。
截面积Af＝4.65cm2，周长U＝12.2cm，导热系数
＝22W/ (m℃）。燃气有效温度Tge=1140K，叶根 温度Tr=755K，燃气对叶片的总换热系数h＝390W/ (m2℃）。假定叶片端面绝热，求叶片的温度分
布和通过叶根的热流。解：
m hU 68.2,
Af
由＝o
chmH x
chmH
6150.0295W / m
2 r1 50 15
17/40
再由圆筒壁的温度分布
r
n
t t1
r1
t2 t1 n r2
r1
代入已知数据有
t 40 nr n0.015
20
n 25
15
18/40
电化学测量方法 PDF
电化学测量方法 PDF一、电化学测量方法的分类 ??第一类电化学热力学性质的测量方法 ??第二类单纯依靠电极电势、极化电流的的控制和测量进行动力学性质的测量。
??第三类在电极电势、极化电流的控制和测量的同时引入光谱波谱技术、扫描探针显微技术的体系电化学性质测量方法二、电化学测量的基本原则要进行电化学测量研究某一个基本过程就必须控制实验条件突出主要矛盾使该过程在电极总过程中占据主导地位降低或消除其他基本过程的影响通过研究总的电极过程研究这一基本过程。
三、电化学测量的主要步骤 ??1、实验条件的控制 ??2、实验结果的测量 ??3、实验结果的解析四、电化学测量的基本知识 ??1、电极电势的测量和控制 ??2、电流的测量和控制 ??3、电化学测量的基本元件介绍 1、电极电势的测量 ?当用电势差计接在研究电极和参比电极之间时测量电路中没有电流流过此时测得的研究电极电势VV开E但是使用电压表作为测量仪器电路中不可能完全没有电压VV开i测R池 i测R仪器? E所以对测量和控制电极电势的仪器有一系列的要求。
?要求测量仪器有足够高的输入阻抗以保障测量电路中的电流足够小使得电池的开路电压绝大部分都分配在仪器上同时测量电路中的电流小还不会导致被测电池发生极化干扰研究电极的电极电势和参比电极的稳定性。
?要求仪器有适当的精度、量程一般要求能准确测量或控制到1mV。
?对暂态测量要求仪器有足够快的响应速度具体测量时对上述指标的要求并不相同也各有侧重需要具体问题具体分析。
2、电流的测量和控制极化电流的测量和控制主要包括两种不同的方式 ?在极化回路中串联电流表适当选择电流表的量程和精度测量电流。
这种方式适用于稳态体系的间断测量不适合进行快速、连续的测量 ?使用电流取样电阻或电流-电压转换电路将极化电流信号转变成电压信号然后使用测量、控制电压的仪器进行测量或控制。
这种方法适用于极化电流的快速、连续、自动的测量和控制。
?另外还可能对极化电流进行一定的处理后再进行测量。
第3章 稳态极化及研究方法(rev).
3.1.1 稳态-特点
稳态系统具备的条件：电流、电极电势、电极表面状态和电 极界面区的浓度等均基本不变。 电极双电层的充电状态不变
i充 0
i吸 0
全部电流都用于 电化学反应
电极界面吸附覆盖状态不变
i稳 iF
在电极界面区的扩散层内反应物和产物粒子的浓度只是 位置的函数，与时间无关。
c x 常数
电化学极化 Butler-Volmer公式
nF nF i i 0 exp exp RT RT
在强极化条件，即 nF
RT
时：
RT RT 0 ln i ln i αnF αnF
在弱极化条件即在平衡电势附近，有
3.2.2 恒电势法和恒电流法 -两种方法选择
对于单调函数的极化曲线，且没有出现平台或极值 的情况下，用控制电流法和控制电势法可得到同样 的稳态极化曲线
当极化曲线中存在电流平台或电流极大值时，只能 用恒电势法
如果极化曲线中存在电势极大值或电势平台，则应 选用控制电流法
3.2.2 恒电势法和恒电流法 -两种方法选择
3.1.2 稳态极化及其影响因素
电化学极化与浓差极化的比较
3.1.2 稳态极化及其影响因素
只根据上述任何一种特征来判断电极反应是受电化学步 骤控制还是扩散控制不是绝对可靠的；
从极化开始到电极过程达到稳态需要一定的时间。 要在整个研究的电流密度范围内，保持电极表面积和表 面状态不变是非常困难的。 在实际测试中，除了合理地选择测量电极体系和实验条 件外，还需要合理地确定达到“稳态”的时间或扫描 速率。
第3章 稳态极化及研究方法
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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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。
i 搅拌速度
无影响 无影响 较低，2%／℃ 若扩散层厚度超过电极表面 的粗糙度，则反应速率正比 于表观面积，与真实表面积 无关
三、欧姆极化ηR 1. 影响因素
R iR L
① 溶液的电导率； ② 电极间距离； ③ 温度（主要对弱电质），影响扩散过程和离子导电过程。 2. 特点 ① 跟随性； ② ηR与i成正比。
学研究都离不开恒电势仪。
另外，恒电势仪通常也具有恒电流功能。
不同领域中，恒电势仪的性能指标往往各有侧重，要
求各不相同，需要选择相应的产品型号。
电分析领域，通常只需要较小的输出电流和控制电流范围； 电池、燃料电池的研究和开发，则要求有大电流的输出能力。
总之，应该根据实验对象的具体要求选择不同性能 的恒电势仪。
以
截距分别可以算得αn和i0，说明电极体系处于扩散
1 1 ~ ln i id O
作图得直线，从直线斜率和
和电化学步骤混合控制。
表4-1 电极体系根据i0的大小分类
电极体 i0的数值 的动力学性质 极化性能 电极反应的“可 逆程度”
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
(2-7)
电化学极化超电势
浓差极化超电势
若i<<(id)O，ηc≈0，η=ηe，即：
RT i0 RT RT 0 e ln ln i ln i a b log i nF i nF nF
极反应和逆向阳极反应的表观传递系数。 （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
c 又根据法拉第定律： i nFf nFD x
所以有：
dc i nFDO O dx x 0
x
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：
0 s cO cO cO i nFDO nFD x
(2-1)
三、控制电势法和控制电流法
1. 按自变量控制方式分为： ① 控制电流法（恒电流法）
又分为经典恒电流法和电子恒电流法
② 控制电势法（恒电势法）
2. 按自变量给定方式分为：
① 阶跃法测定稳态极化曲线；
又分为 逐点手动法、阶梯波法
② 慢扫描法测定稳态极化曲线。
① 控制电流法（恒电流法）；
在恒电流电路或恒电流仪的保证下，控制通过研 究电极的极化电流按照人们预想的规律变化，不受电解
稳态概念的理解：
1.稳态不等于平衡状态
正反应：Zn
Zn 2+ +2eZn
逆反应：Zn 2+ + 2e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。
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
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 基本上等于零，即 i0
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。
固=10 -9
cm2/s；D液=10-5 cm2/s；D气=10-1 cm2/s；
② 温度对D的影响也较小，大约2 ﹪/℃； ③ 达到稳态的时间较长，一般需几秒至几十秒，甚至于几百秒； ④ 当i接近id时ηc增长很快。
为了鉴别电极过程是由电化学步骤控制还是由扩散步骤控制，现
将它们作一对比（表4-2）
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 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 c 扩散物质的量与浓差梯度成正比，即：
f D
(2-6) (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，
i0→0
i0→小
i0→大
i0→∞
理想极化 易极化 电极 电极 完全“不 “可逆 可逆” 程度” 小 电极电势 一般为 可以任意 半对数 改变 关系
难极化电极 理想不极化 电极 “可逆程度” 完全“可逆” 大
I~η关系
一般为直线 电极电势不 关系 会改变
一、 电化学极化ηe的影响因素
1. 影响因素
电化学极化是由电化学反应速度决定的，它与电化学反应本质 有关。化学反应的活化能比较高，且各种反应的活化能相差悬 殊，因此反应速度的差别是以数量级计(即通常相差达几个数 量级)。 ① 温度； ② 催化剂的活性； ③ 电极实际表面积； ④ 吸附或成相覆盖层(如钝化膜)； ⑤ 界面电场； ⑥ i； ⑦ i0。
表4-2 电化学极化与浓差极化的比较
项目 极化曲线形式 搅拌溶液对电流密度的影响 电极材料及表面状态对反应 速率的影响 改变界面电势分布对反应速 率的影响 反应速率的温度系数 电极真实表面积对反应速率 的影响 电化学极化 低电流密度下，η~i成正 比；高电流密度下， η~lgi成正比 不改变电流密度 有显著的影响 有影响 一般比较高(活化能高) 反应速率与电极的真实表 面积成正比 浓差极化 反应产物不溶时，η~lgid/(id-i) 成正比；可溶时，η~lgi/(id-i) 成正比
二、 浓差极化ηc的影响因素
(id ) O i RT c ln nF (id ) O
id O
1. 影响因素
0 CO nFDO
浓差极化是由扩散速度决定的。 ① 扩散层的厚度； ② 扩散系数； ③ 浓度升高，不易极化；浓度下降，易极化。
2. 特点 ① 各种物质的扩散系数D都在同种界质中大多是同一数量级，D
第四章 稳态测量方法
一．稳态过程 二．各类型的极化及其影响因素 三．控制电流法和控制电势法
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。
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。
控制电流法和控制电势法的选择
控制电流法和控制电势法各有特点，要根据具体情况 选择:
① 对于单调函数极化曲线，恒流恒电势均可； ② 对于极化曲线有电流极大值，应选择恒电势法；
实质 一选 个择 函自 数变 值量 对使 应每 。个 自 变 量 下 只 有
③ 对于极化曲线有电势极大值，应选择恒电流法。