稳态法测量不良导体的导热系数要点

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。

不良导体导热系数测定导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，导热系数大，导热性能较好的材料称为良导体；导热系数小、导热性能差的材料称为材料的不良导体。

一般来说，金属的导热系数比非金属要大；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热系数最小。

本实验介绍一种比较简答的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。

稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，测定不良导体导热系数的方法。

一、实验目的1、掌握稳态法测定不良导体导热系数的方法2、了解物体散热速率和传热速率的关系 二、实验仪器1、TJQDC-1型导热系数测定仪2、游标卡尺3、天平4、镊子 三、实验原理 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d dxθ⎛⎫⎪⎝⎭表示0x 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：Q d S t dxθλ∆⎛⎫=-∆ ⎪∆⎝⎭（1） 式(1)中Qt∆∆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。

比例系数λ称为导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1开-1(W ·m -1K -1).2、稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图1所示。

图中待测样品 (圆盘) 半径 1R =60mm ，样品上表面与加热盘(位于上方的黄铜盘)的下表面接触，温度为1θ，加热盘由内部电热丝供热,热量由加热盘通过样品上表面传入样品，再从样品下表面与散热盘 (位于样品下面的黄铜盘) 的上表面相接, 温度为2θ，即样品中的热量通过下表面向散热盘散发。

样品上下表面温度可以认为是均匀分布，在1h 不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响，则式(1)改写为：121QS t h θθλ-∆=∆ （2） 式(2)中S 为样品横截面积。

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dt dTh 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；6、整理仪器；数据处理。

实验数据：表一：A 、B 板的几何尺寸测量结果A 质量m=806g ，比热容c=0.793kJ/kgK 。

良导体的导热系数测量马黎明[内容摘要] 导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，测定不良导体的导热系数需要测出传热速率,利用稳态法可将传热速率的测量转换为测量散热铝盘的冷却速率,指出了稳态法测定导热系数的方案。

[关键词] 导热系数稳态法热传导速率散热冷却速率[Abstract] Coefficient of thermal conductivity is the reflection of material thermal conductivity is one of the important parameters，Determination of coefficient of thermal conductivity of poor conductor needs to measure the rate of heat transfer，Using steady state method the rate of heat transfer is measured and converted to the measurement of heat radiating aluminum plate cooling rate，, pointed out by steady state method thermal conductivity of solution.[引言] 导热系数是反映材料导热性能的重要参数之一，本次介绍一种比较简单的利用稳态法测不良导体导热系数的方法，稳态法是通过热源样品内部形成一种稳定的温度分布后测定不良导体导热系数的方法。

1.热传导定律当物体内部各处温度不均匀时，就会有热量从温度较高处向较低处，这种现象叫热传导现象。

早在1882年著名物理学家傅里叶（Fourier ）就提出了热传导定律：若在垂直于传到方向x 作一横截面s ∆，以0x dx d ⎪⎭⎫⎝⎛θ以0x 处的温度梯度，那么在时间t ∆ 内通过横截面积s ∆所传的的热量Q ∆为t Q ∆∆ =-λ0x dx d ⎪⎭⎫⎝⎛θs ∆ （1） 式（1）中tQ∆∆ 为热传导速率，负号代表热传导速率的方向是从高温传至低温，与温度梯度方向相反。

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(2-9-2)△ T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。

实验3.8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。

我们把导热系数大、导热性能较好的材料称为良导体，而把导热系数小、导热性能较差的材料称为不良导体。

一般说来，金属的导热系数比非金属的大，固体的导热系数比液体的大，气体的导热系数最小。

本实验采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。

【实验目的】1.掌握稳态法测量不良导体的导热系数的方法；2.了解物体散热速率和传热速率的关系。

【实验仪器】TC-3B 型导热系数测定仪、待测样品、天平、游标卡尺。

【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1T 、2T ，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：12BT T Q S t h λ-∆=∆(3.8-1)式中Q t∆∆为热流量（又称传热速率），B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，λ为样品的导热系数（亦称为热导率），λ是表示物质热传导性能的物理量，其在数值上等于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。