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不良导体热导率的测定实验报告

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不良导体热导率的测定实验报告

一、实验目的

1、 了解热传导现象的基本规律。

2、 学习用稳态法测量不良导体的热导率。

3、 掌握热电偶测温的原理和方法。

二、实验原理

当物体内存在温度梯度时，热量会从高温处向低温处传递，这种现象称为热传导。对于一个厚度为 ＄d$、横截面积为 ＄S$ 的平板状不良导体，在稳定传热状态下，通过该导体的热流量 ＄Q$ 与导体两侧的温度差 ＄＼Delta T$ 成正比，与导体的厚度 ＄d$ 成反比，与导体的热导率 ＄＼lambda$ 成正比，即：

＄Q ＝ ＼frac{＼lambda S ＼Delta T}｛d}＄

如果在一段时间 ＄＼Delta t$ 内通过导体的热量为 ＄Q$，则热导率

＄＼lambda$ 可表示为：

＄＼lambda ＝ ＼frac{Qd}｛S\Delta T ＼Delta t}＄

在本实验中，采用稳态法测量热导率。将待测的不良导体样品制成平板状，放置在加热盘和散热盘之间。加热盘通过电热丝加热，使热量通过样品传递到散热盘。当加热盘和散热盘的温度稳定后，样品内的传热达到稳定状态，此时通过样品的热流量等于散热盘在单位时间内散失的热量。

散热盘在稳定温度下的散热速率可以通过测量散热盘的冷却曲线来确定。当散热盘的温度高于环境温度时，它会向周围环境散热，其散热速率与散热盘的温度和环境温度之差成正比。

三、实验仪器

1、 热导率测定仪：包括加热盘、散热盘、热电偶、数字电压表等。

2、 秒表

3、 游标卡尺

4、 电子天平

四、实验步骤

1、 用游标卡尺测量样品的厚度 ＄d$ 和直径 ＄D$，计算出样品的横截面积 ＄S ＝ ＼frac{＼pi D^2}｛4}＄ ，用电子天平称出样品的质量

＄m$ 。

2、 将样品放在加热盘和散热盘之间，安装好热电偶，确保热电偶的测量端与样品良好接触。

3、 接通电源，调节加热功率，使加热盘和散热盘的温度逐渐升高。观察数字电压表的读数，当加热盘和散热盘的温度稳定后（温度变化在一定时间内小于 ＄01^｛＼circ}C$），记录此时加热盘和散热盘的温度 ＄T_1$ 和 ＄T_2$ 。 4、 切断加热电源，让散热盘自然冷却。同时，每隔一定时间记录散热盘的温度 ＄T$ 和对应的时间 ＄t$ ，直到散热盘的温度接近环境温度。

5、 根据记录的数据，绘制散热盘的冷却曲线 ＄T t$ 。

6、 对冷却曲线进行拟合，求出散热盘在温度为 ＄（T_1 ＋ T_2) ／

2$ 时的冷却速率 ＄＼frac{dT}｛dt}＄ 。

7、 将测量得到的数据代入公式 ＄＼lambda ＝ ＼frac{Qd}｛S\Delta

T ＼Delta t}＄ ，计算出样品的热导率 ＄＼lambda$ 。

五、实验数据记录与处理

1、 样品的尺寸和质量

｜ 测量量 ｜ 数值 ｜

｜ ｜ ｜

｜ 样品厚度 ＄d$ （mm) ｜ ＿____ ｜

｜ 样品直径 ＄D$ （mm) ｜ ＿____ ｜

｜ 样品质量 ＄m$ （g) ｜ ＿____ ｜

2、 加热盘和散热盘的稳定温度

｜ 测量量 ｜ 数值 ｜

｜ ｜ ｜ ｜ 加热盘温度 ＄T_1$ （＄＾｛＼circ}C$） ｜ ＿____ ｜

｜ 散热盘温度 ＄T_2$ （＄＾｛＼circ}C$） ｜ ＿____ ｜

3、 散热盘的冷却曲线数据

｜ 时间 ＄t$ （s) ｜ 温度 ＄T$ （＄＾｛＼circ}C$） ｜

｜ ｜ ｜

｜ ＿____ ｜ ＿____ ｜

｜ ＿____ ｜ ＿____ ｜

｜ ＿____ ｜ ＿____ ｜

｜ ｜ ｜

4、 数据处理

（1）根据样品的尺寸，计算样品的横截面积 ＄S ＝ ＼frac{＼pi

D^2}｛4}＄ 。

（2）根据冷却曲线数据，拟合出冷却曲线的方程 ＄T ＝ f(t)＄ ，然后对其求导，得到冷却速率 ＄＼frac{dT}｛dt}＄ 。

（3）计算温度差 ＄＼Delta T ＝ T_1 T_2$ 。

（4）将测量得到的数据代入公式 ＄＼lambda ＝ ＼frac{Qd}｛S\Delta T ＼Delta t}＄ ，计算出样品的热导率 ＄＼lambda$ 。

六、实验结果与分析 1、 实验结果

样品的热导率 ＄＼lambda$ ＝ ＿____ （W/（m·K)）

2、 误差分析

（1）测量误差：在测量样品的尺寸、温度和时间等过程中，可能存在仪器精度、读数误差等。

（2）系统误差：实验装置的热损失、热电偶的测量误差等可能导致系统误差。

（3）偶然误差：实验环境的温度波动、操作过程中的不稳定因素等可能引起偶然误差。

3、 结果讨论

（1）将实验测量得到的热导率与理论值或标准值进行比较，分析误差产生的原因。

（2）讨论实验中可能影响测量结果准确性的因素，如样品的平整度、接触热阻等，并提出改进实验的建议。

七、注意事项

1、 实验过程中要保持加热功率稳定，避免温度波动过大。

2、 热电偶的测量端要与样品良好接触，以确保测量的准确性。

3、 测量样品尺寸时，要多次测量取平均值，以减小测量误差。 4、 在记录散热盘冷却曲线数据时，时间间隔要适当，以保证数据的完整性和准确性。

八、实验总结

通过本次实验，我们学习了用稳态法测量不良导体热导率的原理和方法，掌握了热电偶测温的基本技术，培养了实验操作能力和数据处理能力。同时，我们也认识到在实验过程中要认真细致，严格控制实验条件，以减小误差，提高测量结果的准确性。

本次实验让我们对热传导现象有了更直观的认识，为进一步学习热学知识和从事相关研究工作打下了基础。在今后的实验中，我们将继续努力，提高实验技能和科学素养。

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不良导体热导率的测定实验报告

不良导体热导率的测定实验报告

不良导体热导率的测定实验报告

实验目的：

1.了解不良导体的概念与特性；

2.理解热导率的定义与计算方法；

3.通过实验测定不良导体的热导率。

实验原理：

不良导体是指导热性能较差的材料，其热导率远低于金属等良导体。热导率是衡量材料导热性能的物理量，通常用λ表示。热导率的单位为W/(m·K)，表示单位时间内单位长度材料导热的能量。

热流量是指单位时间内通过单位面积传导的热量，可用下式表示：

q=λ·ΔT/d

其中，q为热流量，λ为热导率，ΔT为温度差，d为热传导路径。

实验中，我们将使用一个热传导装置来测定不良导体的热导率。具体而言，装置包含一个维持恒定温度的热源和一个铜棒，通过测量铜棒上的温度分布来计算热导率。

实验步骤：

1.将热源温度设置为所需温度，保持稳定；

2.将铜棒与热源接触，等待一段时间，使铜棒温度达到稳定；

3.在铜棒上选取多个位置，使用温度计测量相应位置的温度，记录数据； 4.根据测得的温度数据，计算热流量的梯度和热导率。

实验数据：

温度测量位置 温度（℃）

1 20

2 40

3 60

4 80

5 100

6 120

7 140

8 160

实验结果与分析：

根据测得的温度数据，我们可以计算出不同位置的温度差ΔT，并根据实验原理中的公式计算出相应位置的热流量q。通过绘制q与位置之间的关系图，可以得到一个本质上线性的曲线，且曲线的斜率正比于热导率λ。

根据实验数据计算得到的热流量如下：

位置 热流量（W）

1-2 10

2-3 10 3-4 10

4-5 10

5-6 10

6-7 10

7-8 10

绘制热流量与位置之间的关系图，可以得到一条直线，从而确定热导率λ。

实验结论：

通过本次实验，我们成功地测定了不良导体的热导率。实验结果表明，不良导体的热导率远低于金属等良导体，这也说明了不良导体在绝缘材料、隔热材料等领域的应用潜力。同时，通过实验测定的热导率数据，可以进一步分析不良导体的导热特性，为相关领域的热工设计提供依据。

北航不良导体热导率的测量研究性实验报告

北航不良导体热导率的测量研究性实验报告

北航不良导体热导率的测量研究性实验报告

摘要：本实验旨在通过热电偶法，研究不良导体的热导率。选用了常见且具有典型代表性的多个材料作为实验样品，包括木材、橡胶、聚乙烯、泡沫塑料等等。通过对比不同材料的热导率，可以得到实验结果：热导率较低的材料，如泡沫塑料，其隔热效果显然更加明显。

关键词：热导率；不良导体；热电偶；隔热效果

一、实验目的

1. 通过热电偶法，研究不良导体的热导率。

2. 探究不同材质的热导率差异。

3. 了解不良导体的隔热效果。

二、实验仪器

1. 热电偶仪

2. 实验样品：木材、橡胶、聚乙烯、泡沫塑料等

三、实验原理

热导率是指单位时间内，单位面积距离内，热量传递的速率。对于不良导体而言，其热传递速率显然要比导体来的慢。具体而言，条件相同的情况下，热导率越低，代表着物质的隔热效果越明显。

本实验采用的是热电偶法。热电偶是由两种不同材料所组成的，当其端口温度不等时，会产生热电势。而好导体中电流流过会散热，影响温差大小，而不良导体中的热传递效率相对较低，导致温差得到保留。因此，对于不良导体，可以通过热电偶法，测得两端不同温度的热电势，进而计算出其热导率。

四、实验步骤

1. 将各种实验材料分别加工成小块，制成规定尺寸的样品。样品的厚度要求在1.5cm以内，宽度和长度尽量相等。保证每种材料的样品数量均匀且不少于三个。

2. 在热电偶仪读数头上，固定热电偶，按要求调整热电偶组的距离。

3. 将实验所需材料样品分别加工成小块，有规律地放置于平整的桌子上，尝试使其与热电偶的距离均匀、相等。 4. 开始实验前将所有样品放置两三小时，让其与室温相适应；在实验前，将每个材料的初始温度都测量一遍，以确定其当前的初始温度。

5. 在实际测量前，预热热电偶头和实验样品至少30分钟。

不良导体热传导率的测量(准稳态法)实验报告

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优选文档

. 预习 操作记录 实验汇报 总评成绩

《大学物理实验(II)》课程实验数据记录

学院： 物理学院 专业：光电信息科学与工程 年级：15

实验人姓名(学号)：李法翰〔15345031〕

日期： 2021年 12月 20日 星期二 上午[ ] 下午[ √ ] 晚上[ ]

室温：24℃ 相对湿度：46%

实验B2不良导体热传导率的测量〔准稳态法〕

【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.

[ 原理概述 ]

热传导是热传递三种根本方法之一。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 度时所汲取〔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，但在实际操作中要完成这样的条件比拟困难，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到达稳态，就可以通过简单的计算得到导热系数和比热。

1. 准稳态法测量原理

考虑如图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２R，初始温度为t0，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度qc，则平板各处的温度t(x,)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：优选文档

.

式中a λρc，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度，c 为材料的比热。

可以给出此方程的解为：

考察t(x,τ)的解析式〔2〕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。

不良导体导热系数的测量实验报告

不良导体导热系数的测量实验报告

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. . . . 不良导体导热系数的测量（88）

：常安 学号：

实验目的：

1. 了解热传导现象的物理过程。

2. 学习用稳态平板法测量不良导体的热传导系数并用作图法求冷却速率

实验原理：

1. 导热系数

当物体存在温度梯度时，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，比例系数为热导系数或导热率：

dSdxdTdtdQ （1）

2. 不良导体导热系数的测量

厚度为h、截面面积为S的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘之间。热量由加热盘传入。加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔测量温度，两面高低温度恒定为T1 和T2时，传热速率为

ShTTdtdQ21 （2）

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dtdT。