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不良导体的导热系数的测定实验报告

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梧州学院学生实验陈述之高陈檩檀创作

成绩： 指导教师：

专业： 班别： 实验时间：

实验人： 学号： 同组实验人：

实验名称：不良导体的导热系数的测定

实验目的: 1、学习测定不良导体的导热系数的一种方法。

2、学会F D—T C—B导热系数测定仪。

实验仪器：

名称 数量 备注

1、实验主机（内有加热器） 1台 含单片机温度控制仪

2、橡皮样品 1块

3、散热铜盘 1块

4、数字温度传感器 2个

5、导热硅脂 1盒

6、电源线 1根

7、说明书 1份

8、合格证 1张 仪器图组：

注意事项：

1．为了准确测定加热盘和散热盘的温度，实验中应该在两个传感器上涂些导热硅脂或者硅油，以使传感器和加热盘、散热盘充分接触；另外，加热橡皮样品的时候，为达到稳定的传热，调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘紧密接触，注意不要中间有空气隙；也不要将螺丝旋太紧，以影响样品的厚度。

2．导热系数测定仪铜盘下方的风扇做强迫对流换热用，减小样品正面与底面的放热比，增加样品内部的温度梯度，从而减小实验误差，所以实验过程中，风扇一定要打开。

【实验原理】

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。资料结构的变更与所含杂质的分歧对资料导热系数数值都有明显的影响，因此资料的导热系数经常需要由实验去具体测定。

丈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；适当控制实验条件和实验参数可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更的，如呈周期性的变更，变更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。

本实验应用稳态法丈量不良导体(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。

1898年C．H．Le e s．首先使用平板法丈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。由于平板样品的正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，横向由正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12，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：ShtQB21 （1） 式中为样品的导热系数，Bh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Bd，则由（1)式得：

2214BBdhtQ （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。散热盘上安顿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。

当传热达到稳定状态时，样品上下概况的温度1和2不变，这时可以认为加热盘C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热量相等，因此可以通过散热盘P在稳定温度2时的散热速率来求出热流量Qt。

实验时，当测得稳态时的样品上下概况温度1和2后，将样品B抽去，让加热盘C与散热盘P接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的2值20℃或者20℃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2时的冷却速率2t，则散热盘P在2时的散热速率为：

2tmctQ （3）其中m为散热盘P的质量，c为其比热容。

在达到稳态的过程中，P盘的上概况并未流露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热概况积成正比，为此，稳态时铜盘P的散热速率的表达式应作面积修正： PPPPPPhRRhRRtmctQ222222 （4）

其中pR为散热盘P的半径，ph为其厚度。由(2)式和(4)式可得： PPPPPPBBhRRhRRtmcdh2224222212（5）

所以样品的导热系数为：

221142222BBPPPPdhhRhRtmc （6）

【实验内容和步调】

(1)取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，橡皮样品要求与加热盘散热盘完全对准；要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。调节底部的三个微调螺丝，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松：

(2)依照图1所示，插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相连，另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全拔出小孔中，并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。在安顿加热盘和散热盘时，还应注意使放置传感器的孔上下对齐 (注意：加热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不成互换)

(3)接上导热系数测定仪的电源，开启电源后，左边表头首先显示从FDHC，然后显示当时温度，当转换至b= =·=时，用户可以设定控制温度。设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热。右边显示散热盘的当时温度。

(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了。

(5)按复位键停止加热，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2值20℃左右即可。

（6)移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔1 0秒(或者3 0秒)记录一次散热盘的温度示值，由临近2值的温度数据中计算冷却速率2t。也可以根据记录数据做冷却曲线，用镜尺法作曲线在2点的切线，根据切线斜率计算冷却速率。

(7)根据丈量得到的稳态时的温度值1和2以及在温度2时的冷却速率，由公式

221142222BBPPPPdhhRhRtmc 计算不良导体样品的导热系数。

【数据记录及处理】

样品：橡皮； 室温：℃；

散热盘比热容(紫铜)：C= J／(Kg·K)； 散热盘质量：m=g；

散热盘厚度Ph(多次丈量取平均值)： 表1 散热盘厚度(分歧位置丈量)

mmhP/

所以散热盘P的厚度Ph=mm；

散热盘半径PR (多次丈量取平均值)： 表2 散热盘直径（分歧角度丈量）

mmDP

所以散热盘P的半径：PR=mm；

橡皮样品厚度Bh (多次丈量取平均值)： 表3 橡皮样品厚度（分歧位置丈量）

mmhB/

所以橡皮样品厚度Bh=mm；

橡皮样品直径Bd (多次丈量取平均值)：表4 橡皮样品直径（分歧角度丈量）

mmdB/

所以橡皮样品直径Bd=mm；

稳态时(1 0分钟内温度基本坚持不变,样品上概况的温度示值1=℃，样品下概况温度示

值2=℃。

每隔10秒记录一次散热盘冷却时的温度示值，如表5：

表5 散热盘每隔10秒自然冷却时温度记录

θ/℃

θ/℃

作冷却曲线得到：

取临近2温度的丈量数据求出冷却速率2t=℃/S。 (或者用镜尺法求出冷却速率)

将以上数据代入公式(6)计算得到：221142222BBPPPPdhhRhRtmc

=

实验总结

查阅相关资料知，橡皮在20℃的条件下测定导热系数为0.13~0.23W／(m．K)。

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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

实用文档

标准文案 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:10-5

3. 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。

不良导体导热系数的测量实验及改进

不良导体导热系数的测量实验及改进

1 不良导体导热系数的测量实验及改进

■ 闫钰龙 201300121192 （山东大学 信息科学与工程学院 电信一班） [摘 要] 以传热学相关理论及数学工具软件，对稳态法测量不良导体导热系数实验中的数据处理进行改进。 [关键词] 导热系数；稳态法；牛顿冷却定律；回归分析 1、 引言 导热系数是反映物质材料热传导能力的物理量，在理论研究和工程应用上有重要的价值。其定义为在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面温差为1度（K或℃）时，1s内通过1㎡的的面积传递的热量，单位为W/(m·K)。它与材料的组成、结构、密度、含水率、温度等影响因素有关。而固体由自由电子和原子组成，原子被束缚在规律排列的晶格之中。在这种构形下，热能传导主要通过自由电子的迁移和晶格的振动波实现。金属之中，电子对热传导的贡献最大。而本实验的不良导体中，晶格振动子起着主要作用。 由于导热系数牵涉了如此多的外部条件，所以具体材料的导热系数往往需要实验测定。测量导热系数的方法分为稳态法和动态法两类，本次实验采用稳态法，通过加热和传热使得样品内部形成稳定的温度分布，从而测得样品的导热系数。笔者在实验之余又对数据处理方式进行了些许改进，并写入了本文之中，使之更接近于真实值。 2、 实验原理

图1 热传导原理图 导热系数的测定基于热传导的基本公式——傅里叶方程： ⑴ 在方程中， 表示在 时间内通过 面元传递的热量， 是沿 面元法向的温度梯度， 即材料的导热系数，方程中的负号表示热流传递方向与温度梯度的方向相反。 实验所采用的样品盘厚度为 ，面积为 ，侧面绝热，当上下表面分别被加热到 和 时 ，在 时间内传导的热量为 ，导热系数的表达式变为： ⑵ 通过实验装置中的加热盘与散热盘分别对样

品盘上下表面进行加热与散热，使之达到热稳定状态，而后撤去样品盘使之在 左右自然散热。 2 结合散热盘的比热容 与质量 ，并对有无样品盘覆盖时的散热盘散热面积进行修正，得到表达式： ⑶ 温度通过热电偶与数字电表联合测得。热电偶高温端与低温端温差为 时，温差电动势为 ，冷端温度保持 ℃，则 。于是带入 与 时的温差电动势，导热系数 的最终表达式为： ⑷ 3、实验过程 3.1 实验仪器 3.1.1 FD-TC-型导热系数测定仪

不良导体导热系数的测量 (6)

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

dQdTdSdtdx

其中dQdt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， 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Bh、截面面积为BS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T1 和T2时，传热速率为

11BBTTdQSdth （1）

由于传热速率很难测量，但当T1 和T2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T2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T2，据此求出铜盘在T2附近的冷却速率dQdt。

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

'AAAAAAR(R2h)dQdQdtR(2R2h)dt 式中'dQdt为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有'dQdTmcdtdt。这样，就有

AAAACuAAAR(R2h)dQdT=mcdtR(2R2h)dt （2）

比较（1）和（2）式，可以求出导热系数为

不良导体导热系数的测定

不良导体导热系数的测定

1 / 4 不良导体导热系数的测定

专业年级： 油气储运04级4班 指导教师： 姚勇

学生姓名（学号）： 李超云（04012408） 许惠敏（04012401）

一、实验目的

1、掌握稳态法测不良导体导热系数的方法

2、了解物体散热速率与传热速率的关系

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

二、实验原理

当物体内部各处温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传向较低处，这种现象称为热传导。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Zo处取一个垂直截面积dS，以ddT表示在Z处的温度梯度，以dtdQ表示该处的传热速度（单位时间内通过截在积dS的热量），那么热传导定律可表示成：

dQ=－λ（dZdT）Zo dS·dt （2.3-1）

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），比例数λ即为导热系数，可见导热系数的物理意义：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。利用（2.3-1）式测量材料的导热系数λ，需解决两个关键的问题：一个是如何在材料内造成一个温度梯度ddT并确定其数值；另一个是如何测量材料内由高温区向低温区的传热速率dtdQ。

1、关于温度梯度ddT

为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体——铜板之间，如图2.3-1，使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。若样品厚度远小于样品直径（Dh《），由于样品侧

积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热测定

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—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T1、T2，就可以确定样品内的温度梯度hTT21。当然这需要铜板与样品表面紧密接触无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。