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1实验目的1.了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理，并通过快速测量学习掌握该方法。
2.掌握使用温差电偶测量温度的方法。
2实验数据记录与处理2.1数字万用表的练习使用实验中的交流信号是正弦波，有效值设为1V，频率设为1000Hz。
测量对象测量值量程精度不确定度完整测量结果交流电压有效值0.98058V2V0.2+0.050.00296V(0.98058±0.00296)F 交流信号频率999.96Hz20Hz-2kHz0.01+0.0030.16Hz(999.96±0.16)Hz电阻10.9289kΩ20kΩ0.020+0.0040.0023kΩ(10.9289±0.0023)kΩ电容1.046µF2µF1+0.50.020µF(1.046±0.020)µF二极管正向导通电压0.5826V0-2V0.06+0.0200.0007V(0.5829±0.0007)V表1:数字万用表的练习使用数据记录以电阻测量值为例计算，读数为10.9289kΩ，量程为20kΩ，精度为0.020+0.004，则∆R=0.020%×10.9289+0.004%×20.0000=0.0023kΩ最终得到R=(10.9289±0.0023)kΩ，其他测量值的不确定度计算过程类似。
3测导热系数和比热容3.1实验前的准备实验样品为有机玻璃，长宽L=W=90mm，厚度R=10mm，密度ρ=1196kgm3。
室温t0=19.9◦C。
中心面热电偶电阻为3.296Ω，加热面热电偶电阻为3.124Ω，冷端热电偶电阻为4.136Ω，并联而成的加热薄膜电阻r/2=55.071Ω。
加热前，测得加热面和中心面的温差U1(t2,t1)=4µV<10µV，故不必进行零位修正。
加热前，加热薄膜电压U前=17.9928V，∆U前=0.015%×17.9928+0.004%×20.0000=0.0035V；加热后，加热薄膜电压U后=17.9932V，∆U后=0.015%×17.9932+0.004%×20.0000=0.0035V。
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【实验内容和步骤】1、调整实验装置（1）用万用表检查两只热电偶冷端和热端的电阻值大小，一般在3～6欧姆内。
（2）戴好手套，将冷却好的样品放进样品架中，并压紧。
热电偶的测温端应样品的中心位置。
在保温杯中加入自来水，水的容量约在保温杯容量的3/5为宜。
连接电路。
（3）开机预热10分钟，设定加热电压。
2、测定样品的温度差和温升速率（1）将测量电压显示调到“热电势”的“温差”档位，如果显示温差绝对值小于0.004mV，打开“加热控制”开关，每隔1分钟记录一次中心面热电势和温差热电势，直至准稳态过程结束。
（2）换样品重复一次实验。
3、数据处理准稳态的判定原则是温差热电势和温升热电势趋于恒定。
根据准稳态时的温差热电势Vt 值和每分钟温升热电势ΔV值，计算待测样品的导热系数和比热容。
注意事项在取样品的时候，必须先将中心面横梁热电偶取出，再取出实验样品，最后取出加热面横梁热电偶。
严禁以热电偶弯折的方法取出实验样品，这样将会大大减小热电偶的使用寿命。
思考题1．试述准稳态法测不良导体导热系数的基本思想方法和优点？2．实验过程中，环境温度的变化对实验有无影响？为什么？3. 本实验中，如何判断系统进入了准稳态，即准稳态的条件是什么？下载文档原格式(PDF原格式，共1页)相关文档•稳态法测导热系数•稳态法测量导热系数•稳态法测金属导热系数•非稳态法导热系数•稳态导热测量方法••••••••••••••••••••更多"" ••••••••••••••更多"" •••••••••••••••更多"" ••••••••••••••••••••更多""•••••••••••••更多""相关文档推荐：•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••© 2022 本站资源均为网友上传分享，本站仅负责分类整理，如有任何问题可通过上方投诉通道反馈。
《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。
准稳态法测不良导体的比热和导热系数一、实验任务1．了解准稳态法测量导热系数和比热的物理模型；2．掌握利用温差电偶测量温度和温差的原理和实验方法；3．掌握测量不良导体导热系数和比热的方法。
二、预习指导本实验能否获得满意的实验结果，主要取决于实验前的实验准备工作是否充分。
实验前应仔细阅读实验测量原理和了解实验装置，思考并能回答以下问题：1．本实验采用的是何种导热模型？在装置上是如何实现的？2．求解温度场的微分方程中各量的物理意义是什么？3．本实验对初始条件有何要求？实验时如何满足？4．何谓准稳态，如何判断系统是否达到准稳态？列出系统进入准稳态后的几个特征？5．热流密度的定义和单位是什么？在本实验中热流密度公式是如何得到的？6．本实验中是如何利用两只热电偶测量加热面和中心面的温差的？三、操作要点1．熟悉实验装置，了解实验样品和热电偶的装配方法。
检查热端和冷端是否连接正常，查热电偶的电阻是否为3～5Ω，按下图联接电路，检测并记录初始温差及初始温度。
调节加热器电压为21伏，预热二十分钟。
在加热样品前，须经教师检查许可后进行，以防损坏仪器或实验失误。
2．接通加热器电源，测t τΔ 及(0,)t ττ 曲线。
每隔三十秒测量一次t Δ和(0,)t τ（利用转换开关来实现，先测t Δ），准稳态出现后再测五组数据。
3．本实验分别对有机玻璃和橡胶各测一次。
四、注意事项在装卸样品和热电偶时，要带好手套以免造成样品初始温度不均匀和影响热电偶的输出。
另外热电偶极易损坏，装配时要小心，注意保护。
五、报告要求用坐标纸画出t τΔ 及(0,)t ττ 曲线（绘在一个坐标内），从图上判断准稳态并求出t Δ和/dt d τ；计算导热系数、比热。
六、讨论题1、2。
3．如果冷端槽不处于冰水中，而是处于恒定温度的空气中，是否影响本实验导热系数和比热的测量？。
准稳态法测不良导体的导热系数和比热实验报告一、实验目的（1）实验一：万用表使用测量：熟悉万用表的使用方法，学习量程的选择方法，以及根据量程得到数据精度并计算不确定度的方法。
（2）实验二：热导实验：1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和热比的方法；2、掌握热电偶测量温度法方法；3、加深对直线拟合处理数据方法的理解。
二、实验一：万用表使用测量计算过程：（2）交流电源有效值∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.2%*0.34474 + 0.05%*2 = 0.0017V =X=XX0.34474 ±0.0017V±=∆（3）交流信号的频率∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.01%*999.98 + 0.003%*2000 = 0.16Hz =XX999.98 ±0.16Hz=X∆=±（4）电阻∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.020%*10.9457 + 0.004%*20 = 0.003kΩ=X==XX10.9457 ±0.003kΩ±∆（5）电容∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=1%*0.930 + 0.5%*2=0.019uF ==XX0.930 ±0.019uFX±=∆（6）二极管∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.06%*0.5735+0.020%*2 = 0.0007V =X=XX0.5736 ±0.0007V∆=±实验二：热导实验三、数据处理（2）U1(t2t1)~τ，U2(t1tc)~τ曲线分析：当样品进入准稳态时，样品内各点的温升速率相同并保持不变，且样品内两点间温差恒定。
对应的电压值变化趋势为：中心面和冷面温差U2(t1tc)线性增长，热面和中心面温差U1(t2t1)基本保持不变。
一、实验名称：准稳态法测量不良导体的导热系数和比热 二、实验目的：1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热原理，并通过快速测量学习掌握该方法；2. 掌握使用热电偶测量温度的方法;3. 学习使用数字万用表。
三、实验原理： 1. 准稳态法测量原理考虑如图B2－１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R 2，初始温度为0t ，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度c q ，则平板各处的温度),(τx t 将随加热时间τ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：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==∂∂=∂∂∂∂=∂∂022)0,(0),0(),(),(),(t x t x t q xR t x x t a x t c τλττττ 式中c a ρλ/=，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（参见附录）：)cos )1(2621(),(222121220τπππτλτR an n n c ex Rn n R R x R R a q t x t -∞=+⋅∑-+-++=（B2－１）考察),(τx t 的解析式（B2－１）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。
定量分析表明，当5.02>R a τ以后，上述级数求和项可以忽略。
这时式（B2－１）可简写成：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=62),(20R R x R a q t x t c τλτ （B2－２）这时，在试件中心处（0=x ）有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=6),(0R Ra q t x t c τλτ （B2－３）在试件加热面处（R x ±=）有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=3),(0R R a q t x t c τλτ （B2－４） 由式（B2－３）和（B2－４）可见，当加热时间满足条件5.02>Ra τ时，在试件中心面和加热图B2－1理想的无限大不良导体平板面处温度和加热时间成线性关系，温升速率都为Rq a t cλτ=∂∂，此值是一个和材料导热性能和实验条件有关的常数，此时加热面和中心面间的温度差为：λττRq t R t t c 21),0(),(=-=∆ （B2－５） 由式（B2－５）可以看出，此时加热面和中心面间的温度差t ∆和加热时间τ没有直接关系，保持恒定。
实验6 测量不良导体的导热系数（稳态法）实验目的(1)学习一种量热方法——稳态平板法；(2) 学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法；（3）测量不良导体橡皮样品的导热系数。
实验仪器导热系数测定仪物理天平热电偶杜瓦瓶实验原理1898年C.H.Lees首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，如图1所示，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。
图1设稳态时，样品的上下平面温度分别为、，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品的热量满足下式：(1)式中为样品的导热系数，为样品的厚度，为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状，设圆盘样品的直径为,则由（1）式得：(2)实验装置如图2所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘,散热盘可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品,样品上放置一个圆盘状加热盘，其面积也与样品的面积相同。
当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度和不变，这时可以认为加热盘通过样品传递的热流量与散热盘向周围环境散热量相等。
因此可以通过散热盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。
方法如下：当测得稳态时的样品上下表面温度和后，将样品抽去，让加热盘与散热盘接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值1mV左右时，移开加热盘，复上样品，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间（每隔30秒）的下降情况，求出散热盘在时的冷却速率，则散热盘在时的散热速率为：(3)其中为散热盘的质量，为其比热容。
在达到稳态的过程中，盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘的散热速率的表达式应作面积修正：(4)其中为散热盘的半径，为其厚度。
稳态法测量不良导体的热导率热导率(又称导热系数)是反映材料热传导性能的重要物理量。
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，某种材料的热导率不仅与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，所用材料的热导率都需要用实验的方法精确测定.【实验目的】(1)掌握用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的热导率； (2)掌握用作图的方法求冷却速率； (3)学习温度传感器的应用方法； 【实验仪器】FD-TC-B 型导热系数测定仪（如图1所示它由电加热器、铜加热盘C ，橡皮样品圆盘B ，铜散热盘P 、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成）、分度值0.02mm 游标卡尺、量程3000g ,分度值为0.1g 电子天平、量程30cm ，分度值为1mm 钢板尺、秒表等.图1 FD-TC-B 导热系数测定仪装置图 【实验原理】1898年C.H.Lees 首先使用平板法测量不良导体的热导率，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。
设稳态时，样品的上下平面温度分别为1T 、2T ，根据傅立叶传导方程，在t ∆时间内通过样品的热量Q ∆满足下式：S h T T t QB21-=∆∆λ (1) 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状，设圆盘样品的半径为B R ，则由（1）式得：221B BR h T T t Q πλ-=∆∆ (2) 实验装置如图1所示，固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
实验三 准稳态法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。
2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。
求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t (x ，τ)。
导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：22),(),(xx t a x t ∂∂=∂∂τττ 0=τ时, 0t t =0=x 处， 0=∂∂xtδ±=x 处， c q xt=∂∂-λ方程的解为：)]exp()cos(2)1(63[),(02211220F xx a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞=∑式中：τ—— 时间，s ；λ—— 平板的导热系数，w/m ∙℃；a —— 平板的导温系数，a cλρ=m 2/s ； n μ——πn ，n=1，2，3，……；Fo —— 傅立叶准则，Fo ＝2a τδ ； t 0 —— 初始温度,℃；c q —— 沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度，w/m 2。
随着时间τ的延长，F 0数变大，上式中级数和项愈小。
当F 0>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成：20221(,)()26c q at x t x t δτλδδ-=+- （1）由此可见，当F 0>0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。
这种状态称为准稳态。
在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：021(0,)()6c q a t t δττλδ-=- (2) 平板加热面x=δ处为：)31(),(20+=-δτλδτδa q t t c (3) 此两面的温差为：λδττδc q t t t ⋅=-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ，再测出Δt ，就可以由式（3）求出导热系数： tq c ∆=2δλ （4） 实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件。
用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告用稳态法测量不良导体的导热系数实验报告稳态法测量不良导体导热系数稳态法测量不良导体导热系数摘要:导热系数是反映材料导热性能的物理量，在加热器、散热器、导热管道、冰箱制造、建筑保温隔热设计等领域都涉及该设计参数。
材料的导热系数与材料的容量、空隙率、湿度、温度等因素有关，小于0.25W/m?K的材料为绝热材料。
导热系数的测量方法有稳态法和动态法两类，本实验采用稳态法。
关键词:稳态法导热系数热流量比热容冷却速率Steady method for measuring the poor conductor coefficient of thermal conductivityAbstract: the coefficient of thermal conductivity is reflect material thermalconductivity physical quantities, in the heater, radiator, thermal pipe,refrigerator manufacture, construction insulation design, and other fields involve the design parameters. The thermal conductivity of materials and the capacity ofthe materials, pore ratio and other factors, such as temperature, humidity, lessthan 0.25 W/m k. materials for insulation. Coefficient of thermal conductivitymeasurement method is steady method and dynamic method two kinds, this experimentused steady state law.Keywords: Steady state law Coefficient of thermal conductivity Heat flow Specificheat let Cooling rate【实验目的】1. 学习用稳态法测量不良导体的导热系数。
