稳态法测固体的导热系数

（1）实验准备中首先是实验报告，这次的实验记录的表格，书中并没有给出，所以我们需要自己画表格，需要画的表格一共三个，一个是求稳态时T1、T2的表格，第二个是算待测物厚度h 的表格，最后一个是求散热时T2-t的关系的表格。

下铜盘直径D、下铜盘厚度δ、下铜盘质量m都不需要测量。

第一个表格的话画10~11列左右就够用了，其实也可以再少点，以防万一可以多画2、3列，表一是个3行11列（这个列数可以自由调整）左右的表格。

待测物厚度要测量三次最后取平均值，所以需要画2行4列。

表三的话要多画一些，数据还是不少的，地方不够可以另起一行接着画，最后我测得了14个数据，所以一般数据15列（加表头一共16列）比较保险。

三个表具体怎么画在学长们的报告里都有，参考一下就可以了。

其他的没什么可说，接下来进入实验吧。

（2）实验开始啦实验台，中间偏左的仪器即为YBF-2型导热系数测试仪。

接下来是各个角度的图片面板（开启前）面板（开启后）测试仪上半部分仪器上半部分（后部）仪器后部，左边的按钮是电源开关冰水混合物，温度在0˚C左右，一个人拿一个铜盘及待测物首先打开仪器后部的电源开关，可以看到仪器面板上有示数，此时先检查一下第三个面板下半部分的黄字是否是50.0（如之前的图所示），然后检查一下面板上“控制方式”的那个开关是否为“自动”，最后检查一下风扇是否打开，若打开则可以听到风扇的声音，将其关闭，整个实验用不到风扇。

使上、下铜盘与待测物紧密接触，待测物的半径与铜盘半径基本相同，所以要使其严密对齐，水平方向看去不要有明显的缝隙，若有缝隙则可以通过调节下铜盘下方的三个螺丝，使其严密接触。

连线，面板左侧一共有两根线，每根线上伸出了两个接头黑色接头伸入冰水混合物中，蓝色接头伸入上、下铜盘的小孔中：接好以后就准备读数了线路接好后旋转上图中的旋钮，旋至I时显示的是上面的线两端的电势差，旋至II 时显示的则是下面的线两端的电势差，所以一般来说I线接上铜盘，II线接下铜盘。

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。

准稳态法比热导热系数测定准稳态法是一种常用的测定材料热导热系数的方法。

它的原理是在稳态条件下通过测量材料上下表面的温度差以及热传导时间，从而计算得出材料的热导热系数。

准稳态法的实验装置一般包括一个加热部分和一个测温部分。

加热部分通过加热源提供一定功率的热量，使得材料表面的温度升高。

测温部分则用来测量材料上下表面的温度差。

在实验开始前，首先需要测量材料的几何尺寸，包括材料的厚度、长度和宽度。

这些尺寸将用于最终计算的公式中。

实验时，先将加热部分与测温部分紧密贴合固定在一起，确保热量能够有效地传递到测温部分。

然后，打开加热源开始加热，同时记录测温部分上下表面的温度。

当材料表面的温度逐渐升高，同时也会传导到测温部分。

在稳态时，材料上下表面温度差保持不变。

此时，可以测量材料上下表面的温度差，并记录下来。

当前所记录的温度差，加热功率，以及材料的几何尺寸都可以带入到热传导计算公式中，从而计算出材料的热导热系数。

准稳态法具有测量简单、操作方便的优点。

同时，它还可以适用于多种不同类型的材料，包括固体、液体和气体等。

此外，该方法测量结果精确可靠，可以满足工业和科研领域对热导热系数的需求。

然而，准稳态法也有一些局限性。

首先，它要求稳态条件下进行测量，所以需要一定的时间来确保稳定性。

其次，对于热导热系数非常小的材料，由于热量传导时间过长，可能会产生误差。

此外，该方法无法测量非均匀和多层材料的热导热系数。

总之，准稳态法是一种可靠且常用的测定材料热导热系数的方法。

通过测量材料表面的温度差以及热传导时间，可以计算出材料的热导热系数。

该方法在工业和科研领域具有广泛应用，并且可以满足对热导热系数精确测量的需求。

导热系数测定方法导热系数（也称热传导系数）是一个物质导热性能的重要参数，它用来描述物质在单位梯度温度下导热的能力。

导热系数的测定是热传导学研究的基础，也是工程技术和科学实验中一个常见的测量参数。

本文将介绍几种常用的导热系数测定方法。

一、稳态法稳态法是最常用的测定导热系数的方法，适用于导热系数较大（大于0.5W/m·K）的材料。

它根据热传导定律，通过测量物质两侧的温度差、导热面的面积和厚度，以及所施加的热功率，计算物质的导热系数。

其基本原理为稳定状态下单位时间内通过物质的单位面积的热流量等于物质两侧的温度差除以物质的厚度。

稳态法测定导热系数的装置构成主要包括热源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。

二、半稳态法半稳态法也是一种常用的测定导热系数的方法，适用于导热系数较小（小于0.5W/m·K）的材料。

它通过测量测试样品在不同时间下的温度变化，根据瞬态热传导方程计算导热系数。

相比稳态法，半稳态法测定导热系数的装置相对较复杂，包括热源、测试样品、温度测量装置、热流量测量装置和时间测量装置等。

三、横向法横向法是一种适用于导热系数测定较小的薄膜材料的方法。

在横向法中，将测试样品分为两段，一段作为热源，另一段作为冷源，通过测量两段样品的温度差和施加的热功率，计算样品的导热系数。

横向法测定导热系数的装置包括热源、冷源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。

四、纵向法纵向法是一种适用于导热系数测定较小的长棒材料的方法。

在纵向法中，将测试样品竖直放置，一侧作为热源，另一侧作为冷源，在不同的位置测量温度，并计算导热系数。

纵向法测定导热系数的装置主要包括热源、冷源、测试样品、温度测量装置和热流量测量装置等。

除了上述方法外，还有其他一些测定导热系数的方法，如射频导热法、光热法、红外线测温法等，这些方法在特定情况下具有特殊的应用优势。

在导热系数测定过程中，测量装置的热源和冷源的选择、温度测量装置的灵敏度和准确度、热流量测量装置的准确度等因素都会对测定结果产生影响，需要综合考虑并进行合理的控制和校正，以保证测定的准确性和可靠性。

准稳态法比热与导热系数测定热传导是一种重要的物理现象，它在工程、物理、化学等领域都有着广泛的应用。

为了研究热传导现象，我们需要测定材料的比热和导热系数。

本文将介绍一种测定材料比热和导热系数的方法——准稳态法。

一、准稳态法的原理准稳态法是测定材料比热和导热系数的一种常用方法。

它的原理是基于热传导的基本方程式：frac{partial T}{partial t} = alphaabla^2 T其中，T是温度，t是时间，alpha是热扩散系数，abla^2是拉普拉斯算子。

在准稳态条件下，即当时间足够长时，温度分布不再随时间变化，即frac{partial T}{partial t} = 0因此，我们可以得到下面的方程：abla^2 T = 0根据边界条件，我们可以求出温度分布，从而计算出材料的比热和导热系数。

二、准稳态法的实验步骤1. 实验装置准稳态法的实验装置主要包括一个热源、一个热传导材料和一个温度传感器。

2. 实验步骤（1）将热源放置在热传导材料的一端，并加热。

（2）等待一段时间，使得温度分布达到准稳态。

（3）在热传导材料的另一端放置一个温度传感器，记录温度随时间的变化。

（4）根据温度分布和时间变化，计算出材料的比热和导热系数。

三、准稳态法的优缺点1. 优点准稳态法测定材料比热和导热系数的方法简单，实验装置也比较容易搭建。

2. 缺点准稳态法需要等待一段时间，使得温度分布达到准稳态，这会导致实验时间较长。

此外，准稳态法对实验环境的影响比较大，需要对实验环境进行控制。

四、结论准稳态法是一种测定材料比热和导热系数的有效方法，它基于热传导的基本方程式，通过测量温度随时间的变化来计算材料的比热和导热系数。

虽然准稳态法需要等待一段时间，但它的实验装置简单，对实验环境的要求也比较低，因此在实际应用中具有一定的优势。

稳态法测量导热系数方案
分析：
由傅里叶定律可知，要想得出材料的导热系数，首先得知道通过材料上的热流密度q 及其材料的温度变化率/t x 。

热流密度是指单位时间内通过单位面积的热量，热量可由电功率计算，即可通过电压电流表间接测出，面积可由尺具测出。

温度变化率可由测温仪器和计时表测出。

热源可由温度可控的电热管提供。

测量方案：
1. 主要实验器材
电热管、保温箱、电流表、电压表、测温器、计时表
2. 实验步骤：
1.前期准备
检查实验设备能否正常工作，对于固体工件可对其表面进行打磨处理，减少工件表层氧化膜对工件正常导热造成影响，对于液体材料要保证装乘器皿要足够清洁，同时应将实验处的门窗关上，减小实验误差。

2.测量材料导热面积和温度
使用尺具测量材料的边界温度并计算出其面积A ，使用测温仪器测量出材料的初始
中心温度0T
3.加热材料
将电热管的加热温度设定为T 并在保温箱里对材料进行加热，同时用计时表开始计
时，每格t 便对材料的中心处进行温度测量，记录下相应的温度12,,n T T T ……并对
所测得的温度值进行观察。

4.测量热流量
当材料被加热一段时间后，当材料温度超过某一个测得温度后不在升高或者变化幅
度很小的时候，再测5组温度值，并用电流电压表测出材料两端的电流I,电压V 。

5.结束测量
关掉电源停止加热，清理实验设备。

3. 数据处理
将最后测得的5组温度值取平均数得T ，并求出从初始加热到倒数第6组温度所需
要的时间t,则材料的导热系数为：
/(/)IU A T t λ=-
4. 结论
将所测得的温度与标准值进行对比并分析误差。

稳态圆筒法测定材料的导热系数单位为瓦/米·度（w/(m·k)。

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（k，℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（w/(m·k)，此处为k可用℃代替）。

导热系数仅针对存在导热的传热形式，当存在其他形式的热传递形式时，如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系，该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数（thermal transmissivity of material）。

此外，热传导系数就是针对均质材料而言的，实际情况下，还存有存有多孔、多层、多结构、各向异性材料，此种材料赢得的热传导系数实际上就是一种综合导热性能够的整体表现，也称作平均值热传导系数。

常用的导热系数测试方法有：热流计法、防护热板法、圆管法、热线法、闪光法:。

1、热流计法热流计法是一种间接或相对的方法。

它是测试试件的热阻与标准试件热阻的比值。

当热板和冷板在恒定温度和温差的稳定状态下，热流计装置在热流计中心区域和试件中心区域建立一个单向稳定热流密度，该热流穿过一个（或两个）热流计的测量区域及一个（或两个接近相同）试件的中间区域。

2、防水热板法防护热板法的工作原理和热流法相似，其测试方法是公认的准确度最高的，可用于基准样品的标定和其他仪器的校准，其实验装置多采用双试件结构。

其原理是在稳态条件下，在具有平行表面的均匀板状试件内。

创建类似两个平行的温度光滑的平面为界的无限大平板中存有的一维的光滑热流密度。

双试件装置中，由两个几乎相同的试件共同组成，然后其中夹一个冷却单元，冷却单元由一个圆或方形的中间加热器和两块金属板共同组成。

热流量由冷却单元分别经两侧试件托付给两侧加热单元。

3、圆管法圆管法就是根据圆筒壁一维稳态热传导原理，测量单层或多层圆管边界层结构热传导系数的一种方法。

如果绝热材料在管道上采用，则必须根据采用状况用圆管法展开测量。

稳态法测固体导热系数【实验目的】1、了解热传导的物理过程和热电偶的工作原理；2、掌握稳态法的测最条件和稳态法测导热系数的原理;3、用稳态法测定出不良导热体的导热系数。

【实验仪器】导热系数测定仪，如图1所示。

防尘罩图1导热系数测定仪【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I'可相距为力、温度分别为7；、T2 的平行平面（设T'f若平面血积均为S,在&时间内通过面积S的热最满足下述表达式：越*・s•旦型（1）A/ h式•!' —为热流量，2即为该物质的热导率（乂称作导热系数），2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Z。

实验仪器如图1所示，在支架上先放上圆铜盘在卩的上而放上待测样品B （圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘/放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，山于/、P盘都⑺一厂2)ha•兀(2) 察其温度T随时间，变化情况，然后由此求出铜盘在邓冷却速率鈴“\T\tAr ArTT• R]y+2TI• R p• h pF Q TT・R；+27r・Rp・hp)(3) T=T.1(2 心+2 你)•(?；_ 笃)二•爲(4)是良导体，其温度即可以代表3盘上、下表面的温度斤、T? , 7\、7；分别由插入力、户盘边缘小孔热电偶E 来测量。

热电偶的冷端已设计了冰点温度补偿，不必再用杜瓦瓶及冰水混介物。

由式(9-1)可知，单位时间内通过待测样品B任一圆截血的热流量为：式屮心为样品的半径，心为样品的厚度，当热传导达到稳定状态吋，G 和3的值不变，于是通过B盘I：表面的热流量与由铜盘尸向周围环境散热的速率相等，因此，町通过铜盘尸在稳定温度笃时的散热速率來求出热流量詈。

实验中，在读得稳定时的幷和3后，即可将/盘移去，而使盘/的底面与铜盘P直接接触。

当盘卩的温度上升到髙于稳定吋的笃值若T摄氏度后，再将圆盘/移开，让铜盘戶自然冷却。

3.5 固体的导热系数的测定【实验简介】导热系数是反映物体导热性能的一个物理量，它不仅是评价材料热学性能的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、电冰箱及锅炉制造等工程技术中都要涉及这个参数。

由于导热系数随物质成分、结构及所处环境的不同而变化，所以确定导热系数的主要途径是用实验的方法。

测定导热系数的方法很多，但可归纳为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。

稳态法即先用热源对试样加热，并在样品内形成稳定温度分布，然后进行测量；在动态法中，待测样品内的温度随时间而变化。

由于稳态法原理简单，操作容易，本实验采用稳态法测量固体的导热系数。

【实验目的】1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。

2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。

3.学会用作图法处理数据。

【预习思考题】1.本实验用稳态法平板法测物体的导热系数要求样品处于一维稳态热传导，什么是一维稳态热传导，实验中如何保证？2.如何测散热盘在温度为T 3时的冷却速率？3.如何利用热电偶测温？ 【实验仪器】YBF-2型导热系数测定仪，保温杯，游标卡尺，橡皮样品，硬铝样品，绝热圆环。

【实验原理】1.导热系数当物体内部温度不均匀时，就会有热量自发地从高温部分向低温部分传递，在物体内部会发生热传导现象。

设在物体内部Z =Z 0处沿垂直于热量传递方向截取一截面ds ，由热传导定律可知，在时间dt 内通过截面ds 传递的热量为Z dT dQ dsdt dz λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (3.5.1)式中0Z dT dz ⎛⎫ ⎪⎝⎭表示在Z =Z 0处的温度梯度，λ为物体的导热系数，或称热导率，它表示在单位温度梯度影响下，单位时间内通过垂直于热量传递方向单位面积的热量，是表征物体导热性能大小的物理量，单位为W/(m·K)。

导热系数的大小与物质的结构、成分以及所处环境温度有关。

不同材料具有不同的导热系数，根据导热系数的大小，将固体材料划分为热的良导体和热的不良导体，导热系数大的物体称为热的良导体，导热系数小的物体称为热的不良导体。

学生物理实验报告实验名称固体导热系数的测定学院专业班级报告人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期1.数字毫伏表一般量程为20mV。

3位半的LED显示，分辨率为10uV左右，具有极性自动转换功能。

2.导热系数测量仪一种测量导热系数的仪器，可用稳态发测量不良导体，金属气体的导热系数，散热盘参数傅里叶在研究了固体的热传定律后，建立了导热定律。

他指出，当物体的内部有温度梯度存在时，热量将从高温处传向低温处。

如果在物体内部取两个垂直于热传导方向，彼此相距为h 的两个平面，其面积元为D ，温度分别为21T T 和，则有dtdQ =–dS dx dTλ式中dtdQ 为导热速率，dx dT 为与面积元dS 相垂直方向的温度梯度，“—”表示热量由高温区域传向低温区域，λ即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为W/(m ·K )，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。

如图所示，A 、C 是传热盘和散热盘，B 为样品盘，设样品盘的厚度为B h ,上下表面的面积各为B S =2B R π，维持上下表面有稳定的温度21T T 和，这时通过样品的导热速率为dtdQ=–B B S h T T 21-λ 在稳定导热条件下（21T T 和值恒定不变）可以认为：通过待测样品B 的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则冰水混合物电源 输入调零数字电压表FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表T 2T 1220V110V导热系数测定仪测1测1 测2测2 表 风扇AB C图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置图。

实验十六测定固体导热系数实验十六测定固体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等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此,材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。

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，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。

一实验目的1 用稳态法测定不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

2 用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

二实验原理,根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为、温度分别为、h1,, 的平行平面(设,,)，若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足下述表达式: δ tSS ,Q212,,,δ Q12 (1) S,,δ thδ Q式中为热流量，即为该物质,δ t发热盘A 散热盘P 的热导率(又称作导热系数)。

在,样品B数值上等于相距单位长度的两平支架D 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/m.K。

本实验仪器如图14-1是W所示。

毫伏表在支架D上先放置散热盘P，在散热盘P的上面放上待测样品B导热系数测定仪(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盘传到B盘，再传到P盘，由于A、P盘都是良导电压表电源杜瓦瓶加热选择风扇传感器切换传感器体，其温度可以代表B盘上、下表面的温度,、,，, 、,分别由图稳态法测定导热系数实验装置图14-1 1122 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，通过双刀双掷开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表F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:δ Q,,,212,,, R (2) Bδ thBRh,,式中为样品的半径，为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过BBB12,盘上表面的热流量与由铜盘P向周围散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度时的散热速率 2δ Q,,来求出热流量。

一、实验目的1. 理解稳态法测量导热系数的基本原理。

2. 掌握稳态法测量导热系数的实验步骤和操作技巧。

3. 通过实验，了解不同材料的导热性能差异。

4. 分析实验结果，验证理论公式，提高实验数据处理能力。

二、实验原理稳态法测量导热系数的原理基于傅里叶热传导定律。

在稳态条件下，物体内部的热量传递达到平衡，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。

其数学表达式为：\[ q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \]其中，\( q \) 为热流密度（单位：W/m²），\( k \) 为导热系数（单位：W/(m·K)），\( A \) 为传热面积（单位：m²），\( \frac{dT}{dx} \) 为温度梯度（单位：K/m）。

通过测量物体两侧的温度差和物体厚度，即可计算出导热系数。

三、实验仪器与材料1. 导热系数测试仪2. 铝合金样品3. 热电偶4. 数据采集卡5. 实验台6. 温度计7. 计算机等四、实验步骤1. 将铝合金样品放置在实验台上，确保样品与实验台接触良好。

2. 将热电偶分别固定在样品两侧，并调整位置，使热电偶与样品表面紧密接触。

3. 打开导热系数测试仪，预热一段时间，使仪器达到稳态。

4. 启动数据采集卡，记录热电偶测量的温度数据。

5. 持续采集温度数据，直至数据稳定，即达到稳态。

6. 关闭数据采集卡，停止实验。

7. 将采集到的温度数据导入计算机，进行数据处理。

五、数据处理1. 计算样品两侧的温度差 \( \Delta T \)。

2. 计算样品厚度 \( L \)。

3. 根据公式 \( q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \)，将 \( \Delta T \)、\( L \) 和 \( A \) 代入，求解导热系数 \( k \)。

六、实验结果与分析通过实验，测量得到铝合金样品的导热系数为 \( k = 237 \, \text{W/(m·K)} \)。

补2 用准稳态法测介质的导热系数和比热热传导是热传递三种基本方式之一。

导热系数定义为单位温度梯度下每单位时间内由单位面积传递的热量，单位为W / (m · K)。

它表征物体导热能力的大小。

比热是单位质量物质的热容量。

单位质量的某种物质，在温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的比热,单位为J/（kg ·K ）。

测量导热系数和比热通常都用稳态法，使用稳态法要求温度和热流量均要稳定，但在实际操作中要实现这样的条件比较困难，因而会导致测量的重复性、稳定性、一致性较差，误差也较大。

为了克服稳态法测量的这些弊端，本实验使用了一种新的测量方法——准稳态法，使用准稳态法只要求温差恒定和温升速率恒定，而不必通过长时间的加热达到稳态，就可以通过简单的计算得到导热系数和比热。

【实验目的】1. 了解准稳态法测量导热系数和比热的原理；2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法；3. 用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热。

【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪2.实验装置一个，实验样品两套（橡胶和有机玻璃，每套四块），加热板两块，热电偶两只，导线若干，保温杯一个【实验原理】1. 准稳态法测量原理考虑如图B2－１所示的一维无限大导热模型：一无限大不良导体平板厚度为，初始温度为，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度，则平板各处的温度),(τx t 将随加热时间而变化。

以试样中心为坐标原点，上述模型的数学描述可表达如下：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==∂∂=∂∂∂∂=∂∂022)0,(0),0(),(),(),(t x t x t q xR t x x t a x t c τλττττ 式中c a ρλ/=，为材料的导热系数，为材料的密度，c 为材料的比热。

可以给出此方程的解为（参见附录）：)cos )1(2621(),(222121220τπππτλτR an n n c ex Rn n R R x R R a q t x t -∞=+⋅∑-+-++=（B2－１）考察),(τx t 的解析式（B2－１）可以看到，随加热时间的增加，样品各处的温度将发生变化，而且我们注意到式中的级数求和项由于指数衰减的原因，会随加热时间的增加而逐渐变小，直至所占份额可以忽略不计。

稳态法测量固体的导热系数实验与分析作者：范淑媛罗裕波来源：《中国教育技术装备》2023年第18期摘要用稳态法装置测量有机玻璃和石英玻璃的导热系数，分析发现采用该方法的实验结果重复性好、精度高且实验方法更简单，同时发现在测量较薄的试样时，测量值会偏大，和其他稳态法测量的规律不同。

关键词导热系数；热传导；稳态法；实验中图分类号：G642.423 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2023）18-0127-04Experimental Measurement and Analysis of Thermal Conductivity of Solid by Steady-State Heat Flow Method//FAN Shuyuan，LUO Yubo0 引言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、分子圍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。

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、湿度及杂质含量相关。

导热系数是表征材料热传导能力大小的物理量[1]，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[2]。

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[3]。

非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布是随时间变化的，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[4]。