实验指导书(准稳态法测定材料的导热系数)

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。

准稳态法测量比热和导热系数
比热和导热系数是材料物理性质中的两个重要参数。

比热是指单位质量物质在温度变
化下吸收或释放的热量，而导热系数是指在温度梯度下单位面积材料所传导的热量。

准稳
态法是一种常用的测量比热和导热系数的方法。

准稳态法的原理是将材料置于热源和冷源之间，使其温度从热源端到冷源端逐渐降低。

在稳态时，材料的温度分布和热流分布达到了平衡状态，此时材料的导热系数和比热可通
过测量温度和热流来计算得到。

具体实验步骤如下：
1.在实验装置的热源端和冷源端分别接上热源和冷却器，并在中间加装被测材料。

2.启动热源和冷却器，使其保持恒定的温度。

3.通过热电偶等温度计测量被测材料的温度分布。

通常可以在材料表面粘贴一定数量
的热电偶，并通过微型电脑采集数据。

4.通过热流计测量热源和冷源之间传导的热流。

热流计是一种基于热电效应的电子仪器，可以测量电导率和温度梯度来计算热流。

5.通过实验数据计算被测材料的比热和导热系数。

根据热传导定律，可以将热流和导
热系数表示为以下关系：Q=λ×A×(T1-T2)/L，其中Q为热流，λ为导热系数，A为横截
面积，T1和T2分别为热源和冷源的温度，L为材料长度。

由于准稳态法测量过程中需要维持恒定的温度和热流，因此实验装置的设计和操作都
需要具备一定的技术水平。

此外，不同材料的比热和导热系数可能有很大的差异，因此在
实验计算中需要注意各项参数的精确度和精度。

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。

稳态法测导热系数实验报告稳态法测导热系数实验报告一、引言导热系数是描述材料导热性能的重要物理量，对于研究材料的热传导特性具有重要意义。

稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，通过测量材料在稳定状态下的温度分布和热流量，可以准确计算出导热系数。

二、实验原理稳态法测导热系数的原理基于热传导定律，即热流量与温度梯度成正比。

在实验中，我们使用一个导热材料样品，将其两侧分别加热和冷却，使其达到稳态状态。

通过测量加热侧和冷却侧的温度差以及施加的热流量，可以计算出导热系数。

三、实验装置实验所使用的装置主要包括导热材料样品、热源、冷源、温度传感器和热流量计。

热源和冷源可以是电加热器和冷却水，温度传感器可以是热电偶或者红外测温仪，热流量计可以是热电偶流量计或热平衡法流量计。

四、实验步骤1. 将导热材料样品放置在实验装置中，确保其两侧与热源和冷源接触良好。

2. 施加适当的热流量，保持稳定状态。

3. 使用温度传感器测量加热侧和冷却侧的温度，并记录下来。

4. 根据测得的温度差和施加的热流量，计算出导热系数。

五、实验注意事项1. 确保实验装置的稳定性，避免外界因素对实验结果的影响。

2. 保证导热材料样品的两侧与热源和冷源接触良好，以确保热流量的均匀传导。

3. 使用准确的温度传感器进行测量，并注意测量时的环境温度和湿度。

4. 在进行计算时，要考虑到实验装置的热损失和其他误差。

六、实验结果与讨论根据实验数据计算得到的导热系数可以用于研究材料的热传导性能。

通过对不同材料进行实验测量，可以比较不同材料的导热性能差异，为材料的选择和应用提供参考。

七、实验的局限性与改进方法稳态法测导热系数的实验方法虽然简单易行，但也存在一定的局限性。

例如，在实验过程中可能会受到环境温度和湿度的影响，需要进行相应的修正。

此外，实验装置的热损失和传感器的精度也会对实验结果产生一定的影响。

为了提高实验的准确性和可靠性，可以采取一些改进方法。

例如，在实验过程中可以控制环境温度和湿度，减小外界因素对实验结果的干扰。

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。

准稳态法测定材料的导热系数一、实验目的1、通过实验，掌握准稳态法测量材料的导热系数和比热容的方法；2、掌握使用热电偶测量温度的方法；3、加深对准稳态导热过程基本理论的理解。

二、实验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(图中为2b)，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（见图1）。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)。

导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：22),(),(xx t a x t ∂∂=∂∂τττ0=τ时, 0t t =x=0处， 0=∂∂xtδ=x 处，c q xt-=∂∂-λ方程的解为：)]exp()cos(2)1(63[),(02211220F xx a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞=∑ （1）式中： τ—时间(s)； λ—平板的导热系数(w/m ∙℃)；a —平板的热扩散率(m 2/s)； n μ—πn n=1，2，3，……；F 0—2δτa 傅立叶准则； t 0—初始温度(℃)； c q —沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度(w/m 2)；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：)612(),(2220-+=-δδτλδτx a q t x t c （2）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。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：)61(),0(20-=-δτλδτa q t t c 平板加热面x=δ处为：)31(),(20+=-δτλδτδa q t t c （3） 此两面的温差为：λδττδc q t t t ∙=-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ，再测出Δt ，就可以由式（3）求出导热系数：tq c ∆=2δλ （4） 根据势平衡原理，在准态时，有下列关系：τρδd dt CF F q c = 式中：F 为试件的横截面(m 2)；C 为试件的比热(J/kg ∙℃)； ρ为试件的密度(kg/m 3)；τd dt为准稳态时的温升速率(℃/s)； 由上式可得比热： τρδd dt q c c=三、实验装置按上述理论及物理模型设计的实验装置如图2所示，说明如下：1）试件试件尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10mm。

准稳态法测量⽐热和导热系数资料准稳态法测量⽐热和导热系数准稳态法测量⽐热和导热系数【实验⽬的】1.了解利⽤准稳态⽅法测量物质的⽐热和导热系数的原理；2.学习热电偶测量温度的原理和使⽤⽅法。

【实验背景】本实验内容属于热物理学的内容，热传递的三种基本⽅式包括热传导，热对流和热辐射，⽽衡量物质热传导特性的重要参数是物质的⽐热和导热系数。

以往对于⽐热和导热系数的测量⼤都使⽤稳态法，但是该⽅法要求温度和热流量均要稳定，因⽽要求实验条件较为严格，从⽽导致了该⽅法测量的重复性，稳定性及⼀致性差，误差⼤。

该实验采⽤⼀种新的测量⽅法，即准稳态⽅法，实验过程中只要求被加热物质的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该物质的⽐热和导热系数。

⽐热定义为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)，它表征了物质吸热或者放热的本领。

导热系数定义为单位温度梯度下，单位时间内由单位⾯积传递的热量，单位为W/(m·K)，即⽡/(⽶·开)，它表征了物体导热能⼒的⼤⼩。

了解物质的热⼒学特性有很多应⽤，如了解⼟壤或岩⽯的热⼒学特性有助于⼈们了解该地区的⼤⽓环境特征。

了解混凝⼟制品的⽐热和导热系数有助于⼈们了解材料的保温特性，开发更好保温或隔热材料。

了解玻璃建筑材料的⽐热和导热系数，有助于⼈们研究和开发更加保温以及安全的玻璃制品。

交通⽅⾯，由于道路结构处于不断变化的温度环境中，了解沥青或沥青混合料的热⼒学特性参数，能够使⼈们精确的模拟道路结构温度场，了解不同状况下道路材料对于各种交通⼯具的影响。

了解橡胶的热⼒学特性参数，有助于⼈们开发出更加安全的交通道路和轮胎材料。

【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法⽐热、导热系数测定仪；2. 实验样品包括橡胶和有机玻璃各⼀套，(每套四块），加热板两块，热电偶两只，导线若⼲，保温杯⼀个。

准稳态法比热导热系数测定准稳态法比热导热系数测定（Steady State Method for Thermal Conductivity Determination，简称SSMT）是一种用于测量物质的比热导热系数的方法。

这种方法基本上是建立在热力学原理和热传导基础之上的，它可以测量物体表面的温度以及深入到物体内部的温度变化，从而可以测量出物体内部的比热导热系数。

准稳态法比热导热系数测定，也称为“热传射”法，是一种采用稳态传热作用原理的测量技术。

它通过检测物体内部的温度分布和外表层的温度变化，来计算出物体的比热导热系数，从而检测物体的热性能。

其基本原理如下：将物体表面施加一较高的温度，然后检测物体内部的温度分布，利用基本的热传导理论，根据物体表面的温度变化和物体内部温度分布，可以得到物体的比热导热系数。

准稳态法比热导热系数测定的基本步骤包括：1. 首先要设计一个可以把物体表面受到一定温度的装置。

2. 测量物体表面的温度，以及物体内部不同位置处的温度。

3. 用所测得的物体表面温度和物体内部温度，结合热传导理论，求出物体的比热导热系数。

因为热传射法的原理涉及到物体的温度分布，所以准稳态法比热导热系数测定需要更加复杂的测量装置。

例如，在针对薄膜或弹性体的测量中，必须使用温度压力测量测定装置，以检测膜或弹性体表层的温度；在针对隔热材料、绝热材料或者实体固体的测量中，必须使用热电偶测试仪，以检测物体内部的温度变化情况。

此外，准稳态法比热导热系数测定还需要有一套完善的计算方法，以实时计算出物体的比热导热系数。

常用的计算方法有：热传导方程的解析解法、有限差分法、有限元法等。

准稳态法比热导热系数测定的优点在于可以直接测量物体表面和内部的温度，并从而求出物体的比热导热系数，而且这种方法对于测量物体表面的温度变化以及物体内部的温度分布都十分精确。

缺点在于需要一套完善的测量装置以及一段较长的测量时间，而且计算过程也比较复杂。