大学物理实验不良导体的热导系数的测量讲义

不良导体的热导系数的测量实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，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。

导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、 压力及杂质含量相联系。

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，另一类是动态法。

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析，然后进行测量。

而在动态法中，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。

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用作图法求冷却速率。

实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等实验原理1，导热系数当物体内存在温度梯度时，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：dS dxdTdt dQ λ-= （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，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为S hT T dt dQ21--=λ （2）图 1图 2由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2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T 2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T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dtdT。

铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。

实验1 测定不良导体的导热系数一 引语 (Introduction )热量的传输方式有多种，如辐射、对流、传导等。

对于固体材料而言，热传导是热量传输的方式之一，它是物体直接接触温度不均匀时而产生的。

导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；在工程技术方面是不可缺少的。

如熔炼炉、传热管道、散热器、加热器，以及日常生活中水瓶、冰箱等都要考虑它们的导热程度大小。

所以，对导热系数的研究和测量就显得很有必要。

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。

本实验仅介绍一种比较简单的利用稳态法测不良导体的导热系数的实验方法。

稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，用热电偶测出其温度的方法。

二 实验目的 (Purpose)1．掌握稳态法测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。

3．理解温差热电偶特性。

三 实验仪器 (Instruments)红外灯、传热筒、杜瓦瓶、温差电偶、待测橡胶样品、调压器、数字电压表、硅油、停表。

图 1 导热系数测定仪装置图杜瓦瓶样品数字电压表热电偶四 实验原理 (principle)1. 热传导方程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。

测定导热系数的原理是法国数学、物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热方程式。

该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，二个相距为h ，面积为A ，温度分别为1θ、2θ的平行平面，在t ∆秒内，从一个平面传到另一平面的热量Q ∆，满足下述表达式：ht QA 21θθ∆∆λ-= (2-6-1)式中tQ ∆∆为传热速率，A 为样品面积，h 为样品厚度，1θ、2θ分别为样品上下表面温度，λ为该物体的导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差一个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所传递的热量。

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。

实验六(b) 不良导体导热系数的测定实验目的1. 掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平衡法。

2．测定不良导体（橡皮或胶木）的导热系数, 并学会利用冷却法绘制曲线求等温冷却速度。

实验仪器不良导体导热系数测定仪, 温度计（0～100℃, 精确到0.1℃）, 蒸汽发生器, 气压计（共用）, 游标卡尺, 螺旋测微器, 秒表。

实验原理不良导体导热系数测定仪器装置如图3－6b－1所示。

上铜板与蒸汽室相接, 汽室内的温度T1为水的沸点温度, 可由气压计测出室内压强值, 再按附近压强与沸点之间的关系求得T1。

下铜板侧面开有一个小孔, 可插入温度计, 测量T2, 下有绝热支架, 便于悬在空中有利于散热。

热传导理论指出, 只要物质内部的温度不均匀, 便有热量传递。

根据热传导定律, 沿直线L方向, 在dt时间内通过垂直于L方向上的面积元ds传递的热量为式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；是温度梯度；K为导热系数。

对于一个厚度为h、面积为S的圆形板状的不良导体, 若维持上、下面稳定的温度T1和T2,其侧面绝热, 则在时间内t, 沿着与S面垂直方向上传递的热量Q可表示为（3－6b－1）待测圆形板状不良导体用相同形状的铜板夹持, 如图3－6a－1所示。

若要忽略侧面散热, 应使h较小, 因而做成薄圆形板状体。

它和上下铜板密切接触, 做到紧密吻合。

只有这样, 上下铜板的温度T1.T2就是待测不良导体上下面的温度。

当温度稳定时, 导热系数可以表示为（3－6b－2）式中h、S、T1.T2均可测量。

为待测不良导体的传热速率, 在稳定传热状态下, 可以认为它等于下铜板在温度为T2时, 从下面和侧面向环境散热的速率。

本实验用下铜板的冷却曲线来求散热速率, 其方法如下: 取出待测样品, 使上下铜板直接接触一段时间后, 再取走上铜板, 让下铜板向环境散热, 自然冷却。

若这时下铜板通过上下两面和侧面的散热速率为, 则（3－6b－3）, （3－6b－4）式中c和m为下铜板的比热和质量。

不良导体热导率实验总分：100组卷人：系统管理员导热系数补充说明：1、实验预习测试时，5分钟之后会弹出计时窗口，提示离测试结束还剩5分钟，请大家不用在意，实验时间没有限制2、注意用游标卡尺测量完直径和厚度后，先把橡胶盘放到主仪器上再连线（注意看视频怎么操作），连好线路必须回到游标卡尺测量数据的上面点击确定连线的状态。

用110v加热达到稳定后也要确认状态。

3、散热速率可以由逐差法求出，选用数据接近平衡时散热盘温度Ｔ２（实际是看电压表示值），测量C盘降温过程中，因为初次实验不熟练，可以让加热的温度适当高一些（比如电压比平衡时V T2高1mV左右，这样可以保证开始计数时候还有足够高的温度（电压比平衡时V T2高0.42v左右），注意记录完数据后只取最靠近V T2的12个数据。

4、如果只能用云桌面作本实验的同学，因为卡顿问题可能导致计时不连续，无法测量每隔30秒对应的电压。

那么可以用下列给定数据来计算散热速率。

5、因为仿真软件里面误用铜盘和橡胶盘的质量和带入计算公式中的m铜质量去计算导热系数，因此默认的标准答案是偏大的，为了保证考试得分，请同学们计算导热系数最后结果时暂时用800g+200g=1kg 作为下面公式中的m铜去计算导热系数。

31222R 2h dT λm c h 2R (T1T2)(R h )dtR 2h m c h R 2(R h )11tC C B B C C C C B B C T C T T dV V V d ππ+=-+-+=+=铜铜铜铜 比热容取370.8J/kg -1℃-1（软件另一处给的数值是370.9 J/kg -1℃-1，这点差别不会影响结果是否正确的判定）。

一、填空题 共 2 小题 共 20 分1. (12分)单位时间内通过单位截面的热量为与此处的温度梯度满足如下关系式， 其中负号表示热量传递方向是从【1】到【2】，与温度梯度方向【3】。

A 高温区B 低温区C 相反D 相同标准答案：A;B;C2. (8分)物体内部温度不均匀时，就会有热量从高温处传递到低温处。

热导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.导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，传热速率正比于温差和接触面积，定义比例系数为 热导系数:2.不良导体导热系数的测量厚度为h 、截面面积为S 的样品盘夹在加热圆盘和黄铜盘之间。

热量由上方加热盘传入。

两面高低温 度恒定为T 1和T 2时，传热速率为:dQ T i T2S dth热平衡时，样品的传热速率与相同温度下盘全表面自由放热的冷却速率相等。

因此每隔30秒记录铜盘-JT自由散热的温度，一直到其温度低于T 2，可求出铜盘在 T 2附近的冷却速率 -一。

dt铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧 面放热。

物体的散热速率应与它们的散热面积成正比：dQ R R 2h dQ dt R 2R 2h dt式中-Q 为盘自由散热速率。

而对于温度均匀的物体，有dtdQdTme 一 di dt联立得：dQR R 2hdTme — dt R2R 2h dt结合导热系数定义即可得出样品的导热系数表达式。

dQ dtdT dxdS实验内容：1. 用卡尺测量A、B盘的厚度及直径（各测三次，计算平均值及误差）2. 按图连接好仪器。

3. 接通调压器电源，等待上盘温度缓慢升至T1=~4. 将电压调到125V左右加热，来回切换观察T1和T2值，若十分钟基本不变（变化小于）则认为达到稳态,记录下T1和T2的值5. 移走样品盘，直接加热A盘，使之比T2高10C （约mV）;调节变压器至零，再断电，移走加热灯和传热筒，使A盘自然冷却，每隔30s记录其温度，选择最接近T2的前后各6个数据，填入自拟表格数据处理：样品盘质量m 898.5g 上盘稳定温度T1 3.17mV 下盘稳定温度T2 2.56mV样品盘比热容c 0.3709kJ （kg K）1实验前室温T室=21.8 C实验后室温T室=22.6 C几何尺寸均使用游标卡尺测量：自由散热降温时下盘温度:F面先处理几何数据:取 P 0.95, n 3 则 t 0.95 4.30 k p 1.96e ）对上盘稳定温度J ：由于只测量了一次，因此只计算 B 类不确定度a ）对下盘厚度 h A : h A 0.768cm u A/ ： n 0.002/、一3 0.001cm游标卡尺测量：C ,3 仪 0.002cm 由于下盘估因较小而忽略B仪+估=仪 0.002cmU 0.95〔(t °.95U A )22(k P B /C)'.(4.30 0.001)2 (1.96 0.002r. 3)2 0.006cm最后：h A (0.768 0.006) cm P 0.95b)对下盘直径 D A : D A 12.954cm U Ar. n 0.002/ 3 0.001cm游标卡尺测量：C ,3 仪 0.002cm 考虑直径判断误差，取估 0.01cmB 、仪+ 估二 一 0.0022 0.012 0.01cmU 0.95 J(t 0.95u A )2 (k p B /C)2 7(4.30 0.001)2 (1.96 0.01M/3)20.012cm最后：D A (12.954 0.012)cm P 0.95游标卡尺测量：C .3 仪 0.002cm 由于样品质地较软，取估 0.01cm游标卡尺测量：C .3 仪 0.002cm 考虑直径判断误差，且样品较软，取仪+ 估=.0.0022 0.0220.02cmc)对样品盘厚度 h B : h B 0.757cmu A h B /，n 0.003八 3 0.002cmd) U 0.95最后:仪 + 估二 一 0.0022 0.0122t °.95U A )(k p B /C)0.01cm .(4.30 0.002)2(1.96 0.01/3)20.014cmh A (0.757 0.014)cmP 0.95对下盘直径D B : D B12.995cmu A D/、n 0.006/、. 3 0.003cmB0.02cmU0.95 \ (t 0.95u A )22(k p B /C)4.30 0.003)2 (1.96 0.02/ 3)2 0.026cm最后：D B (12.995 0.026)cmP 0.95电压表测量：C 3 仪0.005mV 对数字万用表估忽略.仪+ 估=仪0.005mVU0.95 k p B/C 1.96 0.005/3 0.003mV最后：T| (3.17 0.00) mV P 0.95f) 对下盘稳定温度T2 :由于只测量了一次，因此只计算B类不确定度电压表测量：C 3 仪0.005mV 对数字万用表估忽略~2 2_B■,仪+ 估二仪0.005mVU0.95 k p B/C 1.96 0.005/3 0.003mV最后：T；(2.56 0.00) mV P 0.951.逐差法将12个数据前后分成2组，然后对应相减：(对应组数据时间差t 6 30s 180s)T 0.25mV T 0.02mV u A丁八齐0.02八6 0.008mV电压表测量：C 3 仪0.005mV 对数字万用表估忽略~2 2~B，仪+ 估二仪0.005mV等效测量次数n 6，取P 0.95，则t0.95 2.57 k p 1.96U0.95 J(t0.95U A)2(k p B/C)27(2.57 0.008)2(1.96 0.005/3)20.02mV 最后：T (0.25 0.02)mV P 0.95得出逐差法降温速度: dT"dt0.2578o1.389 10 3mV/s根据公式:2mch B D A 4h AD B(T1 T2) D A 2h A dT dt代入数据:2 0.8985 (0.37093 2103) (0.757 10 2) 12.954 4 0.768 10 3得到:3.14 (12.995 10 2)2(3.17 2.56) 12.954 2 0.768 10 31.389 10 0.240W m由不确定度传递公式:In ,2mclnt ln h B ln D A 4h A 2ln D B ln D A 2h A ln V ln(V1 V2)求微分:dh Bh B2曇D B d D A 2h A d V d(V1V2)D A 2h A V V1V2d D A 4h AD A 4h A 合并同类项:dh B2dD B h B D B (dD AD A 4h Ad D^)(4乩D A 2h A D A 4h A2dh A ) d V D A2h A)VdV d\2V1 V2 V1 V z转化成不确定度:（与半22DAUh A ]2 (L](T(2UD B)2 [ …D B(D A 4hJ(D A 並)(D A 4hJ(D A 2hJ)2得:U 0.039W m 1 K 1P 0.95最后：(0.240 0.039)W m 1 K 1 P 0.95K 2.75 2.371.407 10 3mV/s285.8 15.7根据公式:2mch B D A 4h A dTD B (T 1 T 2) D A 2h A dt代入数据:得到:dT dt2 0.8985 (0.3709103) (0.757 10 2)12.954 4 0.768 10 3 2 23.14 (12.995 10 2)2(3.17 2.56)12.954 2 0.76810 31.407 102•作图法两较远非原始数据点计算斜率:将拟合数据的置信概率伸展为，加入 B 类不确定度并合成:取 P 0.95则 k p 1.960.243W m3.线性回归法 利用计算机自动拟合的数据，有:dT dt3K (1.37 0.02) 10 mV/sP 0.68电压表测量:C 3 由于t 300s ，取仪 0.005/300mV s 1对数字万用表估忽略2 2仪+估二仪0.023110 mV sU o.95 』2U A)2 (k p B/C)27(2 0.02 10 3)2(1.96 0.02 10 3/3)20.04 10 3mV sdT3 1最后：dt (1.37°.。

《不良导体导热系数的测定》实验课件文字稿一、实验目的1.感知热传导现象的物理过程。

2.学习用稳态法测量不良导体的导热系数。

3.学习测量冷却速率的方法4.学习用温差电偶测量温度的原理和方法。

二、实验仪器和用具导热系数测定仪（FD —TC —II ）、橡皮圆板（待测样品）、温差电偶（2对）、保温杯、数字式电压表（FPZ —II ）、9Q 连接线、电子秒表、游标卡尺、电子天平、冰块。

三、实验原理 1、傅里叶热传导方程导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。

测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中都有非常重要的应用。

如图（一）所示。

设一粗细均匀的圆柱体横截面积为S ，高为h 。

经加热后，上端温度为1T ，下端温度为2T ，12T T >，热量从上端流向下端。

若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。

法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方程12T T QS t hλ-∆=∆ （1） Q ∆是t ∆时间内流过导体截面的热量，Qt∆∆叫传热速率。

比例系数λ就是材料的导热系数（热导率），单位是()wm K瓦米开。

在此式中，S 、h 和1T 、2T 容易测得，关键是如何测得传热速率Qt∆∆。

2、用稳态法间接测量传热速率如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。

由（1）式可知，加热盘的传热速率为图（一）2T1TT T 加热铜盘 待测样品 散热铜盘图二22121212()144T T T T d T T Q S d t h h hλπλλπ---∆===∆ （2） d 为样品的直径，h 为样品的厚度。

散热盘的散热速率为2T T Q T Cm t t=∆∆=∆∆ （3）C 为散热盘材料的比热，m 为散热盘的质量，2T T Tt=∆∆表示散热盘在温度是2T 时的冷却速率。

一、实验题目： 实验1.2.1 不良导体导热系数的测量二、实验目的：本实验的目的是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用作图法求冷却速率。

三、实验原理：1、导热系数当物体内存在温度梯度时，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：dS dxdTdt dQ λ-= （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，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为：12B BT T dQS dt h λ-=- （2） 式中B h 为样品厚度，2B B S R π=为样品上表面的面积，()12T T -为上 、下平面的温度差，λ为导热系数。

由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2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T 2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T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dtdT 。

铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。

物体的散热速率应与它们的散热面积成正比：()()222R R h dQ dQ dt R R h dt ππ+'=+ （3） 式中dt Q d '为盘自由散热速率。

而对于温度均匀的物体，有 dtdTmcdi Q d =' （4） 这样，就有()A A Cu Cu A A 2d d d 2d R h QT m c t R h t+=⋅+ （5） 结合（2）式，可以求出导热系数。

()()()Cu Cu B A A 2B 12A A 2d 2d m c h R h TR T T R h tλπ+=⋅-+ （6） Cu B B A 12m h R h T T 、、、、和都可由实验测量出准确值，本实验所用的铜盘比热容为11Cu 0.3709kJ kg C --=⋅⋅K ，因此，只要求出d d Tt，就可以求出导热系数λ。

实验2—18 不良导体导热系数的测定导热系数，工程上又称热导率，是描述材料性能的一个重要参数，在物体的散热和保温工程实践中如锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等都要涉及这一参数。

由于材料结构的变化对导热系数有明显的影响，导热系数的测量不仅在工程实践中有重要的实际意义，而且对新材料的研制和开发也具有重要意义。

测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。

测量良导体和不良导体导热系数的方法各有不同。

对于良导体，常用流体换热法测量所传递的热量，计算导热系数；对于不良导体，通过测量传热速率，间接测量所传递的热量，计算导热系数。

稳态平板法是测量不良导体导热系数的一种常用方法。

【实验目的】1．掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平板法。

2．利用物体的散热速率求传热速率。

3．了解相关仪器及热电偶测温度。

【实验仪器】本实验所用仪器有：实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、热电偶、电压表、秒表等。

实验装置如图2—18—1所示，在支架D 上先后放上圆铜盘C 、待测样品B 和厚底紫铜圆筒A 。

在A 的上方用红外灯L 加热，使样品上、下表面各维持稳定的温度T 1、T 2，它们的数值分别用各自的热电偶E 来测量，E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H 内的冰水混合物中。

G 为双刀双向开关，用以变换上、下热电偶的测量回路，电压表F 用以测量温差电势。

【实验原理】热传导理论指出，只要物质内部的温度不均匀，便有热量传递。

根据热传导定律，沿直线Z 方向，在dt 时间内通过垂直于L 方向上的面积元ds 传递的热量为dSdt dZdT dQ λ-=式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；dZdT 是温度梯度；λ为导热系数。

对于一个厚度为h 、面积为S 的圆形板状的不良导体，若维持上、下面稳定的温度图2－18－1T 1和T 2,其侧面绝热，则在时间∆t 内，沿着与S 面垂直方向上传递热量Q ∆可表示为 t S hT T Q ∆-=∆21λ （2－18－1）本实验装置如图2—18—1所示，由上述热传导基本公式通过待测样品B 板的传热速率可写成：221B BR h TT tQ ⋅⋅-⋅=∆∆πλ （2—18—2）式中h B 为样品厚度，R B 为样品圆板的半径，T 1为样品圆板上表面的温度，T 2为其下表面的温度，λ为样品B 的导热系数。

dQ dt 不良导体的热导系数的测量实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，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。

导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

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，另一类是动态法。

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析，然后进行测量。

而在动态法中，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。

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用作图法求冷却速率。

实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等实验原理1，导热系数当物体内存在温度梯度时，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：dQ dT dS （1）dt dx2，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，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T1 和T2 时，传热速率为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dT。

dt 铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。

物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，dQ R R 2h dQ（3）dt R 2R 2h dt （）式中dQ为盘自由散热速率。

教案：测量不良导体的导热系数第一章：导热系数的基本概念1.1 导热系数的定义解释导热系数的概念，让学生了解导热系数是衡量材料导热性能的重要参数。

1.2 导热系数的单位介绍国际单位制中导热系数的单位（W/(m·K)），让学生理解导热系数的量纲。

1.3 不良导体的导热特性讲解不良导体的导热特性，如温度梯度、热阻等，让学生了解不良导体的导热性能与良好导体的区别。

第二章：实验原理与设备2.1 实验原理介绍测量不良导体导热系数的实验原理，如傅里叶定律，让学生理解实验的物理基础。

2.2 实验设备列出实验所需的设备清单，包括热电偶、热流传感器、加热器、绝热材料等，让学生了解实验所需的器材。

2.3 实验步骤与注意事项详细介绍实验步骤，包括设备连接、样品准备、数据采集等，让学生掌握实验操作流程。

强调实验注意事项，如安全操作、数据准确性等，让学生注意实验安全。

第三章：实验数据分析3.1 实验数据处理方法介绍如何处理实验数据，如绘制温度-时间曲线、计算热流量等，让学生掌握数据处理技巧。

3.2 导热系数的计算公式给出计算导热系数的公式，如导热系数= (q·L)/(ΔT·A)，让学生理解导热系数计算的数学表达式。

3.3 实验结果讨论分析实验结果，让学生了解不同不良导体的导热性能差异，探讨影响导热系数的因素。

4.1 实验报告结构4.3 实验报告示例第五章：拓展与应用5.1 不良导体的应用领域介绍不良导体在工程中的应用领域，如保温材料、散热器等，让学生了解不良导体的实际应用价值。

5.2 导热系数的研究进展简要介绍导热系数研究的最新进展，如纳米材料、新型复合材料等，让学生了解该领域的科研动态。

5.3 实验思考题提供几道思考题，引导学生深入思考实验原理和应用，提高学生的综合能力。

第六章：实验误差与数据处理6.1 实验误差的来源分析实验过程中可能出现的误差来源，如仪器精度、环境干扰、操作误差等，让学生了解实验误差的影响因素。