不良导体热导率的研究报告

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。

实验报告（90）

姓名：冯立男 学号：PB07210396 院系：06

一、实验题目：不良导体导热系数的测量

二、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。

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，其比例系数为热导系数或导热率，即

dQdTdSdtdx

其中dQdt为传热速率，dTdx是与面积相垂直的方向上的温度梯度，“—”表示热量从高温区域传向低温区域， 是导热系数，表示物体导热能力的大小。

2、不良导体导热系数的测量

厚度为Bh、截面面积为BS的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘A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

11BBTTdQSdth （1）

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dQdt。

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，即

'AAAAAAR(R2h)dQdQdtR(2R2h)dt

式中'dQdt为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有'dQdTmcdtdt。这样，就有

AAAACuAAAR(R2h)dQdT=mcdtR(2R2h)dt （2）

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。

实验九 不良导体导热系数的测定

－48－ 实验九 不良导体导热系数的测量

导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换三种（导热、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题之一，要认识导热的本质和特征，需了解粒子物理而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，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，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此，材料的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。在科学实验和工程设计中所用材料的导热系数都需要用实验的方法测定。（粗略的估计，可从热学参数手册或教科书的数据和图表中查寻）

1882年法国科学家J•傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。

【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材料的导热系数

3．学习用作图法求冷却速率

4．掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法

【实验仪器】

YBF-3导热系数测试仪、冰点补偿装置、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）、塞尺等

【实验原理】

为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着z方向传导，那么在z轴上任一位置0z处取一个垂直截面积ds，以dTdz表示在z处的温度梯度，以dQdt表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积ds的热量），那么传导定律可表示成：

0()zdTdQdsdtdz （9-1）

式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。（9-1）式中比例系数即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为实验九 不良导体导热系数的测定