实验报告模板稳态法测量不良导体的导热系数

准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告

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。

一． 实验原理

1. 热传导

物体相邻部分间存在温度差，在各部分之间不发生相对位移的前提下，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递成为热传导。如图1所示的两个表面均维持均匀恒温的平板的一维稳态导热问题，对于x方向的任意厚度的微元层来说，由傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热量Q与该处的温度变化率dt/dx及平板面积F成正比。

Q=−λF𝑑𝑡dx

式中比例系数λ即材料的导热系数（导热率），负号表示热流方向与温度梯度dt/dx方向相反，定义单位时间内通过单位面积的热流量为热流密度，记为q，则图1情况下有：

q=QF=−λ𝑑𝑡dx

由此可知导热系数的物理意义是：在单位温差梯度影响下物体内产生的热流密度单位为W/(m∙K)。材料的导热系数会随温度变化，除铝、水等少数物质外的大部分固体、液体的导热系数会随温度升高而下降，气体的导热系数会随温度的升高而升高。

图1

2. 一维导热模型

本实验采用比较简单的一维无限大平板导热模型进行λ的测量。如图2，假设有厚度为2R的无限大平板，原始温度为t0，从平板的两端面以相同功率的能产生均匀热流的加热器加热，表面热流密度恒为qc，板内温度分布必以中心截面为对称面，则可以写出x方向的热传导微分方程，并依据初始条件求出任何瞬时沿x方向的温度分布函数t(x,τ)，τ为时间变量。

3. 热传导方程及求解

∂t(x,τ)∂τ=𝑎∂2t(x,τ)∂x2(00) （式4）

初始条件 t(x,τ)𝜏=0=𝑡0 （式5）

边界条件qc=λ∂t(x,τ)∂x𝑥=𝑅 （式6）

λ∂t(x,τ)∂x𝑥=0=0 （式7）

实用文档

标准文案 稳态法测量不良导体导热系数

【实验目的】

1．利用物体的散热速率求传热速率。

2.（用稳态平板法测定不良导体的导热系数。）

【仪器用具】

1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表） 一台

2．杜瓦瓶（或低温实验仪） 一只/台

3．硬铝样品（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） 一根

4．橡皮样品 一块

5．测片 一把

【实验内容】

1．测量不良导体----橡皮样品的导热系数。

2．测量金属----硬铝测试样品的导热系数。

3．测量空气的导热系数。

【结构特性】

在使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和圆筒加热盘之间距离和平整度的。除测量金属样品时不用圆筒固定外，其它如测橡皮和空气的导热系数时，均将圆筒的固定轴对准样品支架上的圆孔插入，并用螺母旋紧，具体步骤是：先旋下螺母，将加热圆筒放下。使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定筒后的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。

【测量范围、精度】

1．温度测量部分：室温0～110℃；测量精度：±1℃ 温差测量的精度0.5℃;

2. 计时部分：范围０～100min;最小分辨率1S, 精度:10-5

3. 电压表：精度0.1%;

【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)进行的时候,热传导的基本公式可写为:

(2-9-1)

它表示在dt时间内通过ds面的热量为dQ,dT/dz温度梯度,λ为导热系数,它的大小由物体本身的物理性质决定,单位为w/(m•k),它是表征物质导热性能大小的物理量,式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。

实验3-7稳态法测定不良导体的导热系数

实验报告

【实验目的】

1.了解稳态的概念和实现稳态的思想和方法。

2.深刻理解稳态平板法测量材料导热系数的实验设计思想（实验中以传热率等于散热率为判别依据），掌握实验方法。

3.掌握通过散热速率测量传热速率、测量冷却速率求散热速率的间接测量思想。

4.了解运用理论分析和实验观测确定实验的最佳条件和参数的基本方法。

5.介绍热电偶的基本知识，熟练掌握电测温度的方法。

6.学会用逐差法求直线斜率。

7.学会用电子秒表测量时间。

【实验原理】

热传导也叫导热，它是指物体个部分之间或不同物体之间直接接触时由于物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递现象。热传导是靠物体内部存在的温度梯度使热量从高温区域向低温区域传递的过程。在热传导过程中，物体各部分的温度不随时间而变化-----稳态导热。在稳态导热过程中，每一个物质单元流出和流入的热量均相等-----热平衡。1882年法国数学家、物理学家约瑟夫·傅里叶研究得出了一个热传导的基本公式-----傅里叶方程式，即：

（1）

其中h、S分别为待测物体的沿热传导方向上的高和面积，

为导热系数。由于热平衡时每一个物质单元流出和流入的热量均相等，则：

而在本实验中加热时是一面受热，散热时是上下两面，这样上式应修改为：

（2）

将（2）式代入（1）式得：

（3）

从上式可知，要达到实验目的关键是冷却速度的确定，而冷却速度的确定是用热电偶来测量的。热电偶是由不同成分的金属或合金彼此紧密接触连接成一个闭合回路。如果两接点分别处于不同的温度中，则回路中就会产生电动势，该电动势称为温差电动势或热电动势，同时把这种现象称作热电效应。这种电路被称为温差电偶或热电偶。本实验采用的是铜--康铜金属丝热电偶测量温度的变化。由于温度变化在本实验中可认为是线性变化。所以可直接用电动势值来代替温度的变化。这样（3）式可改写为：

研究性报告—稳态法测量不良导体得热导率

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研究性报告—稳态法测量不良导体得热导率

研究性报告

题 目：稳态法侧不良导体热导率

学生姓名：许见超 随意

学 院：交通工程与科学学院

专 业：土木工程

班 级：101361

学 号：******** ********

研究性报告—稳态法测量不良导体得热导率

研究性报告—稳态法测量不良导体得热导率

- 6 - 研究性报告

稳态法测不良导体的热导率

10131212 许见超 10131205随意

一、 摘要

由于温度不均匀，热量从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。导热系数是表征物质热传导性质的物理量。按傅里叶定律，其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量；材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。在稳态法中，先利用热源在待测样品内部形成一稳定的温度分布，然后进行测量。在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如呈周期性的变化等。本实验采用稳态法进行测量。其基本原理是先对测试样品进行加热，使其内部形成稳定的温度分布，然后进行具体温度的测量，进而通过公式得出热导率。

二、关键词

稳态法 傅里叶导热方程式 热电偶温差计 不良导体 热导率

三、实验基本要求

1．了解热传导现象；

2．学习用稳态法测非良导体的导热系数；﹒

3．学会用作图法求冷却速率。

四、仪器简介

序号 名 称 型 号 规 格

1 电子天平 线性误差±0.1g

2 测导热率的

实验装置 加热盘、待测样品橡胶盘、散热铜盘

3 游标卡尺 量程： 0~125 mm

分度值： 0.02 mm 0.02mm仪

4 秒表（手机计时器也可）

【实验装置】

A—带电热板的发热盘 B—螺旋头 C—螺旋头 D—样品支架