非稳态(准稳态)法测材料导热性能实验

准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告实验目的1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理，并通过快速测量学习掌握该方法；2. 掌握使用温差电偶测量温度的方法。

一． 实验原理1. 热传导物体相邻部分间存在温度差，在各部分之间不发生相对位移的前提下，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递成为热传导。

如图1所示的两个表面均维持均匀恒温的平板的一维稳态导热问题，对于x 方向的任意厚度的微元层来说，由傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热量Q 与该处的温度变化率d t /d x 及平板面积F 成正比。

Q =−λF d tx式中比例系数λ即材料的导热系数（导热率），负号表示热流方向与温度梯度d t /d x 方向相反，定义单位时间内通过单位面积的热流量为热流密度，记为q ，则图1情况下有：q =Q =−λd t x由此可知导热系数的物理意义是：在单位温差梯度影响下物体内产生的热流密度单位为W/(m ∙K)。

材料的导热系数会随温度变化，除铝、水等少数物质外的大部分固体、液体的导热系数会随温度升高而下降，气体的导热系数会随温度的升高而升高。

图12. 一维导热模型本实验采用比较简单的一维无限大平板导热模型进行λ的测量。

如图2，假设有厚度为2R 的无限大平板，原始温度为t 0，从平板的两端面以相同功率的能产生均匀热流的加热器加热，表面热流密度恒为q c ，板内温度分布必以中心截面为对称面，则可以写出x 方向的热传导微分方程，并依据初始条件求出任何瞬时沿x 方向的温度分布函数t(x,τ)，τ为时间变量。

3.热传导方程及求解∂t(x,τ)∂τ=a∂2t(x,τ)∂x(0<x<R,τ>0) （式4）初始条件t(x,τ)τ=0=t0（式5）边界条件q c=λ∂t(x,τ)∂x x=R（式6）λ∂t(x,τ)∂x x=0=0（式7）式中a=λ/cρ为热扩散率（或称热扩散系数），单位为m2/s，c为比热容，单位为J/(kg∙K)，ρ为密度，单位为kg/m3。

1实验目的1.了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理，并通过快速测量学习掌握该方法。

2.掌握使用温差电偶测量温度的方法。

2实验数据记录与处理2.1数字万用表的练习使用实验中的交流信号是正弦波，有效值设为1V，频率设为1000Hz。

测量对象测量值量程精度不确定度完整测量结果交流电压有效值0.98058V2V0.2+0.050.00296V(0.98058±0.00296)F 交流信号频率999.96Hz20Hz-2kHz0.01+0.0030.16Hz(999.96±0.16)Hz电阻10.9289kΩ20kΩ0.020+0.0040.0023kΩ(10.9289±0.0023)kΩ电容1.046µF2µF1+0.50.020µF(1.046±0.020)µF二极管正向导通电压0.5826V0-2V0.06+0.0200.0007V(0.5829±0.0007)V表1:数字万用表的练习使用数据记录以电阻测量值为例计算，读数为10.9289kΩ，量程为20kΩ，精度为0.020+0.004，则∆R=0.020%×10.9289+0.004%×20.0000=0.0023kΩ最终得到R=(10.9289±0.0023)kΩ，其他测量值的不确定度计算过程类似。

3测导热系数和比热容3.1实验前的准备实验样品为有机玻璃，长宽L=W=90mm，厚度R=10mm，密度ρ=1196kgm3。

室温t0=19.9◦C。

中心面热电偶电阻为3.296Ω，加热面热电偶电阻为3.124Ω，冷端热电偶电阻为4.136Ω，并联而成的加热薄膜电阻r/2=55.071Ω。

加热前，测得加热面和中心面的温差U1(t2,t1)=4µV<10µV，故不必进行零位修正。

加热前，加热薄膜电压U前=17.9928V，∆U前=0.015%×17.9928+0.004%×20.0000=0.0035V；加热后，加热薄膜电压U后=17.9932V，∆U后=0.015%×17.9932+0.004%×20.0000=0.0035V。

非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的1、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、按照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。

2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。

3、掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、实验测试原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如下图所示）。

根据导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，对于任一瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)可由下面方程组解得；方程组的解为：式中：τ——时间；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；t 0——初始温度； —傅立叶准则；δβμn n = ，n=1，2，3…；q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。

随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。

当F 0＞0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成（2） 0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp(cos(2)1(63[),(2211220o n n nn n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑)612(),(222-+=-δδατλδτx q t x t c o 2δατ=F由此可见，当F 0＞0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。

这种状态即为准稳态。

在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就可以由式（3）求出导热系数：（4）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。

非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验非稳态(准稳态)法是一种测量材料导热性能的实验方法，它通过在材料的一侧施加热量，测量另一侧的热流量来计算材料的导热系数。

这种方法相对于稳态法，具有设备简单、操作方便、测量速度快等优点。

下面是关于非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验的详细描述。

一、实验目的本实验的目的是通过非稳态(准稳态)法测量材料的导热性能，包括导热系数、热扩散系数和比热容等参数。

这些参数对于材料的热设计、能源利用和工程应用具有重要意义。

二、实验原理非稳态(准稳态)法基于热传导的傅里叶定律，其基本公式为：q=-k AΔT/L，其中q为热流量，k为导热系数，A为传热面积，ΔT为两侧温度差，L为材料的厚度。

在实验中，通过测量材料的传热面积和两侧温度差，可以计算出材料的导热系数。

三、实验步骤1.准备材料：选择待测材料，并准备相应的支架、加热器和温度传感器等设备。

2.安装样品：将待测材料放置在支架上，将加热器和温度传感器分别与材料的两侧接触，并固定好。

3.开始测量：打开加热器，使加热器输出的热量均匀地施加到材料的左侧，同时使用温度传感器测量材料的右侧温度。

记录下加热时间和温度变化。

4.数据处理：根据测量的数据，绘制温度随时间变化的曲线。

通过曲线可以计算出材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。

四、实验结果与分析通过实验测量和数据处理，我们可以得到待测材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。

这些参数可以用来评估材料的导热性能和热特性。

例如，导热系数高的材料可以更好地传递热量，适用于需要高效散热的场合；比热容大的材料可以吸收更多的热量，适用于需要储存和释放热量的场合。

在分析实验结果时，需要注意以下几点：1.实验结果的准确性受到多种因素的影响，如测量设备的精度、环境温度和湿度等。

因此，需要对实验结果进行误差分析，以确定其可信度。

2.对于不同种类的材料，其导热性能和热特性可能存在差异。

因此，需要对不同种类的材料进行分别测量和分析。

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验目的本实验旨在通过准稳态法来测量介质的导热系数和比热。

实验原理介质热传导定律可以表示为:$\frac{dQ}{dt}=-kA\frac{dT}{dx}$其中$dQ$表示通过横截面$A$传导的热量、$dT/dx$表示温度梯度，$k$表示介质的导热系数。

考虑一根长为$L$、半径为$r$的柱形介质，将其放置在恒定温度$T_1$的热源上，使其与热源建立稳定热流，由于介质与外界的热交换可能会影响温度场的分布，但如果用温度计沿柱形介质的径向测量，可以保证温度场分布近似于径向对称的形态。

当恒定稳态建立后，热传导方程的解析解可以表示为:$T(r)=T_1+\frac{dQ}{2\pi kL}ln{\frac{r}{r_0}}$其中$r_0$表示温度计的距离。

同时根据恒定稳态条件，热流向是恒定的，可以通过测量温度差得到热流，即:$q=-k\frac{A}{\Delta x}(T_2-T_1)$其中$A$表示圆柱体的横截面积，$\Delta x$表示$\Delta T$的距离。

结合以上两式，可以得到介质的导热系数$k$为:$k=\frac{qd}{2\pi T_1 L ln{\frac{r_2}{r_1}}}$其中$d$为材料的直径，$T_1$为热源的温度，$r_1$和$r_2$为温度计的测量位置。

而比热则是通过热平衡条件给出的:$q_1t_1=q_2t_2$其中$q$为热流，$t$为温度，1和2表示两个状态。

在本实验中，温度上升了$\Delta T$，热流在某一时间间隔$t$内对介质的热量为$q=mC_p\Delta T$，其中$m$为穿过某一截面的质量，$C_p$为比热容。

因此可以得到比热:$C_p=\frac{q}{m\Delta T}$实验步骤1.准备材料：圆柱形样品和两台K型热电偶。

2.组装实验装置：将圆柱形样品嵌入加热炉中，将热电偶分别穿过样品并与数据采集仪相连。

非稳态法导热仪实验心得
非稳态法导热仪是一种常用的实验仪器，用于测量材料的导热性能。

下面是一些关于非稳态法导热仪实验的心得体会：
1. 实验准备：在进行实验前，需要详细了解实验仪器的操作原理和步骤。

同时，确保实验仪器的正常运行状态，并进行必要的校准。

2. 样品准备：将待测材料切割成适当的尺寸，并确保样品表面的光洁度和均匀性。

这有助于确保实验的准确性和可重复性。

3. 数据处理：在实验过程中，要记录实验环境的温度变化以及样品的温度变化。

根据采集到的数据，可以使用适当的数学模型进行数据处理和分析，计算样品的导热系数等参数。

4. 实验注意事项：在进行实验时，注意操作规范和安全操作。

避免在实验过程中产生其他热源，如阳光直射、电器设备加热等，以免干扰实验结果。

同时，保持实验环境的稳定性，避免风的干扰。

5. 实验结果与讨论：根据实验结果，可以对样品的导热性能做出评价和分析，并进行讨论。

如对比不同材料的导热性能、分析导热性能受温度、压力等因素的影响等。

需要注意的是，以上心得是基于一般的实验情况，实际实验操作还需要根据具体的实验设备和要测量的材料进行相应的调整和注意。

非稳态法导热仪实验是一项技术性较高的实验，所以在实验之前最好能与教师或专业人士进行咨询和指导，以确保实验的顺利进行。

用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验报告：
本实验组进行了一系列实验，目的是测量介质的导热系数和比热。

为此，我们采用了准稳态法（Steady-State Method），通过测量系统的热流，温度和物理量来评估介质的热特性。

实验装置由两个金属块构成，它们之间以一定宽度填充介质。

两个金属块用热电偶连接，控制机械温度。

一个块由常温水浴恒温，使另一块保持稳定的温度，以产生恒定的热流。

然后，通过特殊测量仪器读取温度差。

通过改变被测物质的厚度，实验运行三次，同时测量温度。

在改变热流情况下，记录温度差随热导率的变化情况。

根据所得温度与热导率的关系，用分析技术计算出介质的导热系数和比热。

实验运行时，实验装置保持在常温水浴中，当热偶发出热量时，两个金属块之间的温差增大，测量装置会自动调整两个金属块的温度，以保持恒定的热流输出。

本实验的结果显示，随着介质的厚度的增加，介质的导热系数和比热值也随之增加。

未来，我们可以改进实验装置，看看它们是否可以产生更精确的结果。

非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的一、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、依照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。

2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，把握其测试原理和方式。

3、把握利用热电偶测量温差的方式。

二、实验测试原理本实验是依照第二类边界条件，无穷大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如以下图所示）。

依照导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，关于任一刹时沿平板厚度方向的温度散布t(x ，τ)可由下面方程组解得；方程组的解为：式中：τ——时刻；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；t 0——初始温度； —傅立叶准那么；δβμn n = ，n=1，2，3…；q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。

0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp()cos(2)1(63[),(2211220o n n n n n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑2δατ=F随着时刻τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。

当F 0＞时，级数和项变得很小，能够忽略，式（1）变成（2）由此可见，当F 0＞后，平板遍地温度和时刻成线性关系，温度随时刻转变的速度是常数，而且处处相同。

这种状态即为准稳态。

在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就能够够由式（3）求出导热系数：（4）事实上，无穷大平板是无法实现的，实验老是用有限尺寸的试件，一样能够为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，双侧散热对试件中心的温度阻碍能够忽略不计。

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。