试验9不良导体导热系数的测定

物理实验报告测量不良导体的导热系数.docx 摘要：本实验是测量不良导体的导热系数实验，主要目的是研究不同材料的导热性质，并通过实验方法测量导热系数。

实验过程中，先选取了两种不同的材料（石棉、灰铸铁）进行实验，然后分别利用导热仪和热传导仪测算材料的导热系数，并计算结果。

结果表明，两种材料的导热系数差别较大，石棉的导热系数远小于灰铸铁的导热系数。

本实验得到的结果对于进一步了解材料的物性能有重要意义。

关键词：导热系数，导热仪，热传导仪，试样，材料引言：导热系数是指在单位时间内，单位面积的材料温度梯度下，单位厚度内热量传递的能力。

导热系数是一个材料对热传导的基本反应，它是材料的一个基本物理参数，不同材料的导热系数大小差别较大，因此对于不同材料的导热系数进行测量具有重要意义。

实验项目：1.测量石棉的导热系数；实验原理：一、导热仪法导热仪法是利用导热仪来测量不同材料的导热系数。

导热仪是一种用于测量导热系数的仪器，利用它可以轻松地测量导热系数，而且测量结果比较精确。

导热仪分为静态导热仪和动态导热仪两种。

静态导热仪是指采用一定时间后的热平衡来测量材料的导热系数，它的原理是利用热传导平衡定理。

热传导平衡定理是指当物体的温度分布达到稳定状态时，所有点的温度分布相同，在每个点上的热流密度相等，因此可以根据热流密度和热传导系数的定义求得导热系数。

动态导热仪是指在一定时间内，通过测量目标材料表面和内部温度的变化来测量材料的导热系数。

动态导热仪具有快速、精确、稳定的特点，可以在室温下测量导热性能。

利用热传导仪测量材料的导热系数时，首先需要将试样放置在热源上，并使热源产生热量。

然后，利用热流计和温度计测量试样内外的温度差，从而计算出材料的导热系数。

实验步骤：1.选定两种不同材料（石棉、灰铸铁）作为试验样品；2.利用切割机将两种材料切割成长方形样品；5.利用计算机软件计算出试样的导热系数。

实验结果：（1）导热仪法：0.004 (W/mK)2.灰铸铁的导热系数：分析：通过实验结果可以看出，石棉的导热系数要小得多，而灰铸铁的导热系数则要大得多。

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dT dz 表示在z 处的温度梯度，以dQ dt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()z dTdQ ds dt dz λ=-⋅ （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λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。

不良导体导热系数的测量（88）姓名：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） 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，()()dtQ d h R R h R R dt dQ '++=222ππ （3） 式中dtQ 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()()dtdTmc h R R h R R dt dQ 222++=ππ （5） 结合（2）式，可以求出导热系数()()dtdT h R T T R h R h c m A A B A A B +-+=)(22212πλ铜铜 实验仪器：散热铜盘，橡胶盘，铜质厚底圆筒，支架，红外灯，数字电压表，双刀双掷开关，热电偶，杜瓦瓶实验内容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，将电压调到200V 左右，从零开始缓慢升压至T 1=3.2~3.4mV4. 将电压调到125V 左右加热，来回切换观察T 1 和T 2值，没分钟记一次T 1、 T 2的值，若十分钟基本不变（变化小于0.03）则认为达到稳态，记录下T 1、 T 2值5. 移走样品盘，直接加热A 盘，使之比T 2高10℃，（约0.4 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T 2的前后各6个数据，填入自拟表格数据处理：1.铜盘和橡胶盘室温：t=21.7℃铜盘质量：m 铜=900.00g 铜盘比热容：C 铜=0.3709).(K kg kJ 1 2 3 平均值 标准差h A (mm) 8.06 7.84 7.92 7.94 0.1113 d B (mm) 128.52 128.76 128.72 128.67 0.07211 h B (mm) 7.787.827.727.770.02309铜盘的直径：d A =129.79mm 0.07023mm =Ad σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B d d AA 07164.02122=∆+=σ P=0.95 铜盘的厚度：h A =7.94mm 0.1113mm =A h σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B h h AA 1121.02122=∆+=σ P=0.95橡胶盘的直径：d B =128.67mm 0.07211mm =B d σ ΔB =Δ仪=0.02mmmm U B d d BB 07348.02122=∆+=σ P=0.95 本实验使用游标卡尺测量铜盘和橡胶盘的直径，因为直径的位置很不好把握，所以在实际操作中会出现一定的误差。

非良导体导热系数的测量导热系数（又称热导率）是反映材料热性能的重要物理量，热传导是热交换的三种（热传导、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，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。

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精确测定。

一、实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用热交换法测量良导体的导热系数。

二、实验仪器FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台。

1、热导率测量的实验装置如图1所示2、FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台面板如图2所示C B A图1三、实验原理1882年法国科学家傅立叶（J.Fourier ）建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅立叶热传导定律的基础之上。

测量的方法可以分为两大类：稳态法和瞬态法，本实验采用的是稳态平板法测量不良导体的导热系数。

当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导。

傅立叶指出，在dt 时间内通过dS 面积的热量dQ ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即：dS dxdTdt dQ -λ= （1） 式中dtdQ 为传热速率，dx dT 是与面积dS 相垂直的方向上的温度梯度，“－”号表示热量由高温区域传向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小，在SI 中λ的单位是W ·m -1·K -1。

对于各向异性材料，各个方向的导热系数是不同的（常用张量来表示）。

如图4所示，设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的T 1和T 2（侧面近似绝热），即稳态时通过样品的传热速率为B BS h TT dt dQ 21-λ= （2） 式中h B 为样品厚度，S B =πR 2B 为样品上表面的面积，（T 1-T 2）为上、下平面的温度差，λ为导热系数。

不 良 导 体 导 热 系 数 的 测 定班级： ___姓名：____日期：______【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导热系数3、用作图法求冷却速率。

【实验原理】 1、导热系数当物体内部存在温度梯度时，热量从高温向低温传导，这种实验称之为热传导。

dx dt dT dtdQ ⋅-=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：BBS h T T dtdQ ⋅-=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dtdQ h R h R dtdQ h R R h R R dtdQ PA A A A PA A A A A A ⋅++=⋅++=2)(2)2(ππ又根据热容的定义dt dT mc dt dQ P⋅=有dtdT h R T T R h R mch A A B A A B ⋅+-+=))((2)2(212πλm 、hB 、RB 、HA 、T1、T2、都可以由实验测量出准确值，c 为已知的常熟，c=0.0883cal/g ﹒C,因此，只要求出dtdT ，就可以求出导热系数，从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。

【实验内容】一，观察和认识传热现象，过程及其规律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；二，用逐差法求出铜盘A 的冷却速率，并由公式求出导热系数λ。

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dT dz 表示在z 处的温度梯度，以dQ dt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()z dTdQ ds dt dz λ=-⋅ （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λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。

不良导体导热系数的测量实验报告
实验目的：
1.了解不良导体的特性；
2.测量不良导体的导热系数。

实验原理：
不良导体是指导热性能较差的物质，如木材、塑料等。

导热系数是描述不良导体导热性能的一个物理量，它反映了单位面积、单位厚度、单位温度梯度下热量通过材料传导的能力。

导热系数越小，说明该材料导热性能越差。

实验仪器：
1.不良导体样品；
2.热绝缘材料；
3.热源；
4.温度计；
5.测量仪器。

实验步骤：
1.将热绝缘材料平铺在工作台上，摆放不良导体样品；
2.将热源放置在样品的一侧，使其与材料保持良好的接触；
3.在样品的另一侧放置温度计，用以测量温度变化；
4.开始记录温度的变化，记录一定时间内温度的变化曲线；
5.使用测量仪器测量材料的厚度和面积。

实验数据和结果：
根据记录到的温度数据，可以得到温度随时间的变化曲线。

根据这些数据，可以计算出材料的导热系数。

实验讨论：
在讨论中，可以对不良导体的导热性能进行评估，并分析不同因素对导热系数的影响。

实验总结：
通过本次实验，我们了解了不良导体的特性和导热系数的测量方法。

同时，我们也明白了导热系数与材料导热性能之间的关系。

这对于我们选择材料、设计热工设备等方面都具有重要意义。

《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。

《基础物理》实验报告学院： 国际软件学院 专业： 软件工程 2010 年 12 月 20 日一、实验目的1）学习平板法测量不良导体导热系数的方法2)掌握在科学实验室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法 3)学习根据动态平衡的原理测定热流速率的方法 二、实验原理 1．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T1、T2，以hB 表示样品高度，SB 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T2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dtdTh 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。

三、实验设备及工具导热系数测定仪、杜瓦瓶、电热偶、游标卡尺、直流电压放大器 四、实验内容及原始数据 （一）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200V 左右进行加热20分钟左右（对应T1电压值大约在3.20-3.40mV ）；3、将电压调至150V 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T2上升10度左右；5、每隔30s 记录一个温度（电压）值，取相对T2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。