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导热系数测量实验报告

篇一：导热系数 实验报告

实验2.8 用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告

一、实验目的.

（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数. （2）利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材.

实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、实验原理.

导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为

dT

dQ=?λ ?????????

---------------------------------------------（2.8.1）

它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数，它的大小由物体

????dT

本身的物理性质决定，单位为W????1????1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.

在图中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物B向低温铜盘传递.若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在?t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为

???

?????? ---------------------------------------------（2.8.2）

式中，???为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（2.8.2）式写成

?Q=?λ

??????

=?λ?? ---------------------------------------------（2.8.3）

的形式，那么???便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（2.8.3）式即可求出λ. 实验中，使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2，并设??1??2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变，所以，通过B的热量就等于C向周围散发的热量，即B的导热速率等于C的散热速率.因此，只要求出了C在温度??2时的散热速率，就求出了B的导热速率???.

因为P的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为????，而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得

??? ??????

???

???

部全

=

??部全

---------------------------------------------（2.8.4）

式中， ???为??部面积的散热速率， ???为??全面积的散热速率.而散热速率 ???就

部

全

部

???

???

???

等于（2.8.3）式中的导热速率 ，这样（2.8.3）式便可写作

???

?????? =?λ?? 部---------------------------------------------（2.8.5）

设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有 ??部??全

??2

=?? +??????

??2

=2?? +??????

---------------------------------------------（2.8.6）

???

由比热容的基本定义c=

Δ????Δ??‘

，得ΔQ=cmΔ??’，故

???cmΔ??’ = 全---------------------------------------------（2.8.7）

将（2.8.6）式、（2.8.7）式代入（2.8.4）式得 ?????+4??

=?????? 部---------------------------------------------（2.8.8）

将（2.8.8）式代入（2.8.5）式得

λ=

?????????

????/2

---------------------------------------------（2.8.9）

式中，m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容. 四、实验内容.

（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出，其比热容c=3.850×102??? kg?℃ ?1.

（2）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热铝盘A放在样品盘P上方，再调节三个螺栓，使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.

（3）将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中，并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性，采用同一个温度传感器测温，在需要测量发热盘A和散热盘P温度时，采用手动操作，变换温度传感器的测温对象.

（4）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关，如果仪器上限温度设置为100℃，那么当传感器的温度达到100℃，大约加热40分钟后，发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时，说明系统已达到稳态，这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.

（5）测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A，取下待测盘，并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘A移开，让散热铜盘P自然冷却.这时候，每隔30s记录此时的??2值并记录.

五、实验数据记录与处理. 表一 下铜盘直径、厚度，待测物厚度实验结果记录表

下铜盘质量为m=655 g.

取平均值，稳态时，??1=102.3℃、??2=79.2℃.

表三 测下铜盘散热速率实验结果记录表

利用作图法求下铜盘的散热速率

得下铜盘散热速率为K=0.02976T????1. 由（2.。8.9）式，得待测样品的导热系数为

?????????

λ==0.204

12六、误差分析.

（1）系统误差

1.由于实验仪器本身存在的缺陷，如加热铝盘的保温性能不佳，导致产生误差. 2.未考虑待测样品侧面向周围环境散发热量所导致的实验误差. 3.环境温度改变导致实验中系统难以达到稳态. （2）偶然误差

1.在用游标卡尺测量铜盘和待测盘直径与厚度时，由于人为原因导致的测量不准确.可通过多测几次取平均值的方法来减小该误差.

2.降温过程中观察温度示数时造成的实验误差. 七、实验结论.

在误差允许范围内，通过稳态平板法测得该待测样品的导热系数为 λ=0.204

王飞虎 物理学弘毅班 2015301020170

篇二：大学物理实验报告-金属导热系数的测量

大学物理实验报告

课程名称:大学物理实验

实验名称：金属导热系数的测量

学院名称：机电工程学院

专业班级：车辆工程151班

学生姓名：吴倩萍

学号：5902415034

实验地点：基础实验大楼D103

实验时间：第一周周三下午15：45开始

一、实验目的：

用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

二、实验仪器：

TC-3型导热系数测定仪、杜瓦瓶、游标卡尺。

三、实验原理：

1882年法国数学、物理学家傅里叶给出了一个热传导的基本公式——傅里叶导热方程。该方程表明，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1T2)，若平面面积均为S，在?t时间内通过面积S的热量?Q?QT1?T2

??S?th

?Q

（8-2），式中?t为热流量，λ为该物质的热导率（又称作导热系数）。

λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W/。本实验仪器如图所示。在支架D上先放置散热盘P，在散热盘P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，在样品B上、下分别有一小孔，可用热电偶测出其温度T1和T2。由式（8-1）可以知道，单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为

?QT1?T2

???RB2（8-2),式中RB为样品半?thB

径，hB为样品上、下小孔之间的距离，当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变，于是通过B盘上表面的热流量与由铜盘P向周围散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T3时的散热速率来

?Q

求出热流量?t。实验中，在读得稳定时的T1、T2和T3后，即可将B 盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的值T3若干摄氏度后，再将圆盘A移开，让铜盘P自然冷却，观察其温度T随时间t的变化情况，然后由此求出铜盘在

?T

T3的冷却速率?t

T?T2

，而

mc

?T?t

T?T2

?

?Q

?t（m为铜盘P的质量，c为铜

材的比热容），就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这

?T

样求出的?t是铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表

面积为2πR2P+2πRPh（其中RP与hP分别为铜盘的半径与厚度）。然而，P在观察测试样品的稳态传热时，P盘的上表面（面积为πR2P）是被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时

2

?Q?T

?mc2?t?t（8-3）P铜盘散热速率的表达式应作如下修正

将式（8-3）带入式（8-2），得

??mc

?T?hB1

?2

?t?RB（8-4）

四、实验内容：

1、先将

两

块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂

上导

热硅胶，然后置于加热盘A和散热盘P之间，调节散热盘P下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热盘A及散热盘P紧密接触。

2、在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，热端分别插入金属圆筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的接线连接到导热系数测定仪的传感器Ⅰ、Ⅱ上。

3、接通电源，将加热开关置于高档，放传感器Ⅰ的温度

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金属导热系数测量实验报告

金属导热系数测量实验报告

金属导热系数测量实验报告

姓名：陈岩松

学号：5501215012

学院：高等研究院

班级：15级本硕实验班

一、实验目的：

1.掌握稳态法测定金属良导热体的导热系数。

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。

二、实验原理：

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为S，在t时间内通过面积S的热量Q免租下述表达式：

hTTStQ)(21 （1）

式中，tQ为热流量；即为该物质的导热系数，在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(KmW。

在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入金属圆筒边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为

221)(BBRhTTtQ (2)

式中，bR为样品的半径，bh为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变，通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量tQ。实验中，在读得稳定时T1和T2后，即可将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T2的冷却速率3TTtT,而3TTtTmc,就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这样求出的tT是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为PPBhRR222。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：PPPhRR22。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正：

导热系数的测量实验报告

导热系数的测量实验报告

导热系数的测量

导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，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。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以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

1．用稳态平板法测量材料的导热系数。

2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。

二．实验原理

热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。

hTTStQ)(21••

单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为：

BBhTTRtQ)(212•••

当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。 这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热

铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T—t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。

开放实验--测量金属导热系数

开放实验--测量金属导热系数

大学物理仿真实验——测量金属导热系数

实验简介

导热系数（又称导热率）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。因此，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、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精确测定。

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。

实验原理

1882年法国科学家傅里叶（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里叶热传导定律的基础之上的。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，这种现象臂称为热传导，傅里叶指出，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，其比例系数时导热系数，即：dQ/dt=-λ（dT/dx）*ds （1）

式中dQ/dt为传热速率，dT/dx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S1中λ的单位是W/(m*K)。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）。

不良导体导热系数的测量：图1.2.2-1是不良导体导热系数测量装置的原理图。

设样品为一平板，则维持上下平面由稳定的T1和T2（侧面近似绝热）,即稳态时通过样品的传热速率为 dQ/dt=λ*(T1-T2)*SB/hB (2)

金属导热系数测量实验报告 2

金属导热系数测量实验报告 2

金属导热系数测量实验报告

姓名：陈岩松

学号：5501215012

学院：高等研究院

班级：15级本硕实验班

一、实验目的：

1.掌握稳态法测定金属良导热体的导热系数。

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。

二、实验原理：

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为S，在t时间内通过面积S的热量Q免租下述表达式：

hTTStQ)(21 （1）

式中，tQ为热流量；即为该物质的导热系数，在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(KmW。

在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入金属圆筒边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为

221)(BBRhTTtQ (2)

式中，bR为样品的半径，bh为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变，通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量tQ。实验中，在读得稳定时T1和T2后，即可将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T2的冷却速率3TTtT,而3TTtTmc,就是铜盘P在温度为T3时的散热速率。但要注意，这样求出的tT是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为PPBhRR222。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：PPPhRR22。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正：