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。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： 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。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R动态法测定良导体的热导率〖实验二十五〗 动态法测定良导体的热导率 实验时间2015年4月28日 报告时间2015年4月29日 1300011454 周二下午第2组3号 〖目的要求〗 1、测定良导体的热导率； 2、学习一种测定材料热导率的方法； 3、了解动态法测定良导体的特点和优越性； 4、认识热波，加强对波动理论的理解。 〖仪器用具〗 热导率动态测量仪，微机。〖实验原理〗 1、热流方程 本实验采用非稳态法测定良导体的热导率。取棒状样品，假定热量仅沿一维传播。取一小段棒元，根据傅里叶导热定律，单位时间内在单位等温面上沿温度降低方向流过某垂直于传播方向的热流密度为： q T t t κ??=-?? 式中：κ为待测材料的热导率。由导热定律可推得热流方程： 22,T T t x c κααρ??==?? 式中：α称为热扩散率。 2、热波方程 热流方程的解将各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度围绕T 0按简谐规律变化，即： 0 sin m T T T t ω=+ 式中：T m 为热端的最高温度；ω为热端温度变化的角频率。 假设另一端无反射并保持恒定温度为T 0，则式热流方程的解也就是棒中各点的温度，即： 0 exp sin m T T kx T t ω??? =-+- ? ? ???式中的T 0是直流成分；k 是线性成分的斜率。 从上式中可以看出： (1)当热端（x=0）温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波，也就是温度波。 (2)热波波速 v =(3)热波波长 2λπ =因此在角频率。已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 α然后再由 c κ αρ= 计算出材料的热导率κ。由热波波速公式，可得： 222 424period c v v c T c f v κρρκρππω===? 式中：f ，T period 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期。 从上述原理可知实现热导率测量的关键是: ①实现热量的一维传播； ②实现热端温度随时间按简谐形式变化的边界条件。 本实验采取的热波法，特点是当热量在样品中传播时，样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定，只要给定适当边界条件，可以做到样品上各点的温度均可随时间进行简谐变化，利用这种变化可以很容易测出热波波速，进而可计算出样品材料的热导率。(精品)热阻及热导率的测量方法热阻及热导率测试方法 范围 本方法规定了导热材料热阻和热导率的测试方法。本方法适用于金属基覆铜板热 阻和导热绝缘材料热阻和热导率的测试。 术语和符号 术语 热触热阻 contact resistance 是测试中冷热两平面与试样表面相接触的界面产生热流量所需的温差。接触热阻 的符号为R I 面积热流量areic heat flow rate 指热流量除以面积。 符号 下列符号适用于本方法。 λ：热导率，W/（m﹒K）； A：试样的面积，m 2 ； H：试样的厚度，m； Q：热流量，W 或者 J/s； q：单位面积热流量，W/ m 2 ； R：热阻，（K﹒m 2 ）/W。 原理 本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。 试样两接触界面间的温 度差施加不同温度，使得试样上下两面形成温度梯度，促使热流量全部垂直穿过试样测试表 面而没有侧面的热扩散。 使用两个标准测量块时本方法所需的测试： T1＝高温测量块的高温，K； T2＝高温测量块的低温，K； T3＝低温测量块的高温，K； T4＝低温测量块的低温，K； A＝测试试样的面积，m 2 ； H＝试样的厚度，m。 基于理想测试模型需计算以下参数： T H：高温等温面的温度，K； T C：低温等温面的温度，K； Q：两个等温面间的热流量 热阻：两等温界面间的温差除以通过它们的热流量，单位为（K﹒m 2 ）/W； 热导率：从试样热阻与厚度的关系图中计算得到，单位为W/(m.K)。接触热阻存在于试样表面与测试面之间。 接触热阻随着试样表面特性和测试表面施加给试样 的压力的不同而显著变化。因此，对于固体材料在测量时需保持一定的压力，并宜对压力进 行测量和记录。热阻的计算包含了试样的热阻和接触热阻两部分。 试样的热导率可以通过扣除接触热阻精确计算得到。 即测试不同厚度试样的热阻，用热阻相 对于厚度作图，所得直线段斜率的倒数为该试样的热导率，在厚度为零的截取值为两个接触 界面的接触热阻。如果接触热阻相对于试样的热阻非常小时（通常小于1％），试样的热导率 可以通过试样的热阻和厚度计算得出。 通过采用导热油脂或者导热膏涂抹在坚硬的测试材料表面来减小接触热阻。 仪器 符合本测试方法的一般特点要求的仪器见图A.1和图A.2。 该套仪器增加测厚度及压力监测等 功能，加强了测试条件的要求来满足测试精度需要。 仪器测试表面粗糙度不大于0.5μm；测试表面平行度不大于5μm。 精度为1μm归零厚度测试仪（测微计、LVDT、激光探测器等）。 压力监测系统。 图A.1 使用卡路里测量块测试架 图A.2 加热器保护的测量架 热源可采用电加热器或是温控流体循环器。主热源部分必需采用有保护罩进行保护， 保护罩 与热源绝缘，与加热器保持±0.2K的温差。避免热流量通过试样时产生热量损失。无论使用 哪一种热源，通过试样的热流量可以用测量块测得。 热流量测量块由测量的温度范围内已知其热导率的高热导率材料组成。为准确测量热流量， 必须考虑热传导的温度灵敏度。推荐测量块材料的热导率大于50 W/(m.K)。 通过推算测量块温度与测试表面的线性关系（Fourier传热方程），确定测量块的热端和冷端 的表面温度。 冷却单元通常是用温度可控的循环流体冷却的金属块，其温度稳定度为±0.2 K。 试样的接触压力通过测试夹具垂直施加在试样的表面上，并保持表面的平行性和对位。良导体热导率的动态法测量西安交通大学 大学物理仿真实验报告 姓名：李宗阳 班级：能动28 学号：2120301210实验名称：良导体热导率的动态法测量 一．实验目的 1．通过实验学会一种测量热导率的方法。 2．解动态法的特点和优越性。 3．认识热波，加强对拨动理论的理解。 二．实验原理 实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。简化问题，令热量沿一维传播，周边隔热,如图1所示。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A 的热量，即热流为 x T KA t q ??-=?? （1） 其中K 为待测材料的热导率，A 为截面积， 文中x T ??是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反．dt 时间 内通过面积A 流入的热量 dxdt x T KA dt t q t q dq dx x x 22??=?? ??????? ????-??? ????=+ 图1 棒 元 若没有其他热量来源或损耗，据能量守恒定律，dt 时间内流入面积A 的热量等 于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ?? ? ????=ρ，其中C ，ρ分别为材料的比热容与密度。所以任一时刻棒元热平衡方程为dx x T K t T dx C 22??=??ρ （2） 由此可得热流方程 22x T D t T ??=?? （3） 其中ρC K D =，称为热扩散系数． 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= （4） 其中T m 是热端最高温度，为热端温度变化的角频率。另一端用冷水冷却， 保持恒定低温o T ，则式（3）的解也就是棒中各点的温度为 )sin(202x t e T x T T D x m D ωωαω-?+-=- （5） 其中T 0是直流成分，α是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出： 1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波． 2) 热波波速：ωD V 2= （6） 3) 热波波长：ωπλD 22= （7） 因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D ．然后再由ρ C K D =计算出材料的热导率K ．本实验采用.式（6）可得 ωρC K V 22= 则T C V f C V K πρπρ4422== （8） 其中，f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是： 1) 热量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化．非良导体热导率的测量带实验数据处理本科实验报告 （阅） 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板，上下两底面的温度T ，T 不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为 (1)图1 测量样品 式中，为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；为薄圆板内热流方向上的温度梯度，式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反；为待 测薄圆板的热导率。 如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则，于是 (2) 得到 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的。 1．建立稳恒态 为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间，且紧密接触，（见图2）。 图二测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。首先，可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度T A逐渐升高。当T A高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B 获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的 因为流过B的热流速率就是A从B获的热量的速率，而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等，所以，可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测。当A单独存在时，它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 （3） 式中，为A的比热容；为A的质量；n=T=T2成为在稳恒温度T2时的冷却速度。 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是：当A、C已达稳恒态后，记下他们各自的稳恒温度T2,T1后，再断电并将B移开。使A，C接触数秒钟，将A 的温度上升到比T2高至某一个温度，再移开C，任A自然冷却，当TA降到比T2约高To（℃）时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA 低于T2约To（℃）时止。测的数据后，以时间t为横坐标，以TA为纵坐标做A 的冷却曲线，过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线，则斜率就是A在TA 的自然冷却速度，即 （4） 于是有（5） 但要注意，A自然冷却时所测出的与试验中稳恒态时A散热是的热流速率是不同的。因为A在自然冷却时，它的所有外表面都暴漏在空气中，都可以 散热，而在实验中的稳恒态时，A的上表面是与B接触的，故上表面是不散热的。由传热定律：物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露空气中的表面积成正比。设A的上下底面直径为d，高为h，则有 （6）保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热2·K/W）的测定，且所系数（被测试件的热阻应大于0.1 m测定的结 果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法 热线法 护热平板法塑料导热系数试验方法GB 3399-19821.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。置装件试a双 b 单试件装置 1.1 防护热板式导热系数仪示意图图 a 单热流计不对称布置b 双热流计对称布置 式件c 双试装置热流计式导热系数仪示意图图1.2 检测程序1.3 导热系数检测程EPS）1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（序GB 10294-1988GB 或按测数热板EPS导系的定。GB 10294-1988规定进行；仲裁方法时执行10295-1988．1.3.1.1 状态调节 样品应去掉表皮并自生产之日起在自然条件下放置28d后进测试。样品按GB/T 2918-1998中23/50二级环境条件进行，在温度（23±2）℃，相对湿度45％～55％的条件下进行16 h状态调节。 1.3.1.2厚度测量热波法测热导率热波法测热导率 实验仪器：（注明规格和型号） 本实验使用RB-1型热导率动态测量仪，包括主机、控制单元、记录单元三大部分。 1. 主机：棒状样品及热电偶阵列，脉动热源，冷却装置 2. 控制单元 3. 记录系统 实验目的： 1. 学习一种测量热导率的方法 2. 了解动态法测量热导率的特点和优点 3. 认识热波，加强对波动理论的认识实验原理简述： 1. 导热微分方程的建立 热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程 为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元 x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂 直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为: 其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热 量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位 面积上通过的热量; 而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为： ，而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为： 在无外界条件变化的情况下，以上两式应当相等，联立以上两 式，可以得到： ，并可以由此推知热流方程： 其中D=K/cρ为热扩散率。 该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化，解的具 体形式还将取决于边界条件2. 方程求解 若使热端的温度围绕T0作简谐变化：T=T0+Tm*sinωt，而另一端无反射并且保持恒定温度T0，则可以得到原微分方程的解为并且由上式可以得到热波的波长，热波在棒中的传播速度为因而，在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下，只要测出热波的波速或波长，就可以计算出热扩散率D，进而计算出热导率K。圆球法测量导热系数圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 球号d1 mm d2 mm d mm 1 80.0 160.0 163.0 2 80.0 160.0 163.0 3 80.0 160.0 163.0 4 80.0 160.0 163.0 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。Z25-动态法良导体热导率的测量zzz119 实验二十五 动态法良导热体热导率的测量 物体热导率的稳态测量方法很多，动态法测量在国际上也很普遍，方法有多种。本实验采用的动态法测热导率，其特点是当热量在样品中传播时，给定适当边界条件，做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化，而不需象稳态法那样必须保持恒定。利用这种简谐变化便可计算出样品材料的热导率。传热过程中产生的温度波也称热波其特性与机械波、电磁波一样。我们即可用波动理论进行分析研究，这种方法称为热波法。将难于测量的热学量转变为各点温度波形的相位差测量，从而可显著降低测量误差。 【实验目的】 1、认识热波、加深对波动理论的理解。 2、了解动态法的特点和优越性。 3、学习一种测量热导率的方法。 【实验原理】 设热量沿一维方向传播，若对于棒状样品，将其周边隔热， 取一小段样品进行分析如图1。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向面积A 的热量，即热流为 dx dT KA Q -= （1） 其中K 为待测材料的热导率，dx dT 是温度对坐标x 的梯度．将(1)式两边对坐标取微分有 dx dx T d KA dQ 22-= 根据能量守恒定律，任一时刻棒元的热平衡方程为 dx dx T d KA dQ dt dT Adx C 22-==ρ （2） 其中C ，ρ 分别为材料的比热容与密度，由此可得热流方程 22dx T d D dt dT = （3） 其中ρ C K D = ， 称为热扩散系数。 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= (4) 图1 棒元导热系数的测定导热系数的测定 一、实验目的 1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。 2．学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。 二、导热系数的测定原理 本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热 面温度T 1，冷面温度T 2 和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚 度δ。将dt/dn=（T 2-T 1 ）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T 1 -T 2 ）]，便可 以计算出材料的导热系数。 图1：双试件导热系数测试装置原理示意图 A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面 E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点三、实验步骤 1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%. 2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。 3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。 4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。 5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验条件有限，现在我们用自来水代替。 6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。 7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。 8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。 9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。 10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。 11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。 12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。导热系数的测试方法和装置-第四章第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温导热系数测量方法导热系数测量方法（一） 导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类； 稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等 瞬态法有：热线法、探针法、热盘法、热带法、激光法等 各种导热系数测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同； 相比于固体、液体和气体的导热系数测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。 稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。 稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长、对样品要求较高；为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。 稳态法主要用于测量固体材料，特别是低导热系数材料（如保温材料）的导热系数，而要把它用于研究湿材料，如生物质、土壤等会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化将导致试样物性的改变，这将导致导热系数的测量结果不正确。而将稳态法用于液体导热系数的测量，更是非常困难，由于流体在温度梯度下产生自然对流，即使在一维热流下也难以做到纯粹的一维导热。 热流计法为相对测量方法，通常需要参比样品，且参比样品的导热系数测量必须由更高精度的方法或仪器获得，且热流计法的测量准确度永远不会高于参考样品的导热系数测量准确度；同时，热流计的应用范围应在参比样品导热系数数值附近区域，否则将引起较大误差； 激光法是获得热扩散系数的方法，如果需要获得导热系数，还需要有其他方法测量得到的密度值和比热值，然后带入公式计算得到导热系数，其导热系数的不确定度与上述三个物理量的测量准确度相关。热导率实验4-4 用动态法测定良导热体的热导率 【引言】 当物体内部有温度梯度存在时，热量会从高温区域传至低温区域。我们称热量的这种 传递形式为热传导。热传导是热交换现象三种基本形式（传导，对流及辐射）中的一种。在 固体，液体，气体中都会发生。 热传导的基本规律可由傅立叶定律来确定。即：在时间dt 内通过面积ds 传递的热量 dQ 为： dsdt dx dT K dQ -= （4-4-1） 式中dT/dx 是与面积ds 相垂直的方向上的温度梯度，“－”号表示热量由物体的高温区域传向低温区域，K 表示物体导热能力的大小，称为物体的热导率（或导热系数）。从公式（4-4-1）知道，热导率的数值就是在单位时间内，温度梯度为1（即在单位长度内温度降低1 度）时通过与温度梯度相互垂直的单位面积传递的热量，在国际制单位中为瓦／米·开；在C.G.S.制中是卡／厘米·秒·度，而1 卡／厘米·秒·度＝4.1868×102 瓦／米·开。 一般讲，气体，液体及非金属材料的热导率较小，约在 0.006~3 W ·m-1·K-1 之间，是热的不良导体。纯金属材料的热导率较大，约在 2.3~420W ·m-1·K-1 之间，是热的良导体。材料的导热性能不仅与构成材料的物质本身有关，而且与其结构，压力，温度以及杂质含量有关。因此，要确定某一材料的导热系数，常需要由实验来测定。所有测量热导率的实验的方法都基于热传导方程。测量固体材料热导率的方法通常可分为两类，一类是稳态法（静态法），一类是动态法。 本实验是采用RB-I 型热导率动态测量仪来测量良热导体铜，铝的热导率。其特点是当 热量在样品中传播时，样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定。只要给定适当的边 界条件，可以做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化，利用这种变化便可计算出样品材 料的热导率。这样就可将难以测准的热学量的测量转变为容易测准的长度测量，从而显著降 低测量误差。 【实验目的】 1． 学会一种测量热导率的方法。 2． 了解动态法的特点和优越性。 3． 认识热波，加强对波动理论的理解。 【实验原理】 为使问题简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状，取一小段样品如图4-4-1所示。 根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于 传播方向面积A 的热量及热流为： dx dT KA q -=? (4-4-2) 其中K 为待测材料的热导率，dT/dx 是温度对坐 标x 的梯度。将（4-4-2）式两边对坐标取微分 有： dx dx T d KA q d 22-=?导热系数实验报告..一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 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θ 1、θ2 的平行平面（设θ1>θ2），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： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，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)(K m W ?。 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 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置在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θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶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（3-26-1）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 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过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T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2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θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．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，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 12θθ，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 Q B 21θθλ-=?? （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。设圆盘样品的直径为B d ，则 半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）动态法测热导率物理实验报告动态法测量物体热导率院系：物理与信息技术学院 班级：2009级物理二班 姓名：郝娟 学号：40906098 指导老师：黄育红 动态法测量物体热导率论文语种: 中文 学科门类: 理学 一级学科: 物理学 二级学科: 热学 作者：郝娟 学号：40906098 班级: 09级物理二班 学校: 陕西师范大学 院系: 物理学与信息技术学院 专业: 物理学论文摘要：热导率(thermal conductivity)是量度材料导热性能的物理 量, 又称导热系数(coefficient of thermal conductivity) 。定义为面积热流量除以温度梯度。符号为λ,(k),单位是瓦[特]每米开[尔文]，符号为W/(m·K)。在国际上采用动态法测量物体热导率是非常普遍的，而在国内尚属鲜见。动态法测热导率的方法很多，我们采用热波法，其特点为当热量在样品中传播时，样品中个点的温度不像稳态法那样必须恒定，只要给定适当的比边界条件，可以做到样品上各点的温度都随时间进行简谐变化，利用这种方法即可以测出物体的热导率。这样就将难测的热学量的测量装换为容易测准的长度测量，因为测量误差显著降低。。通过实验，使我们学习到一种新的测量热导率的方法—— 导师姓名: 黄育红 论文完成日期: 2011/6/22 论文题目(中 文): 动态法测量物体的热导率 论文题目(外 文): Use dynamic way to measure substance s ′thermal conductivity 论文关键字(中 文): 动态法 热波 热导率动态法，了解其的特点和优越性，并且认识热波加强对波动理论的理解。 正文： 实验原理：本实验主要利用热导率动态测量仪与微型计算机。实验中，为使实验简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状。棒的两端一端为热端，其温度按简谐变化；另一端用冷水冷却，保持恒定低温。热端（X=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将按衰减波的形式在棒内向冷端传播，成为热波，也就是温度波。通过推导可得 待测材料的热导率公式为 ρ π ρ π c f v c f v K 2 2 4 = 4 = ，其中 v 为 热波波速，c为材料的比热容，ρ为材料密度， o t f,分别为热 端温度按简谐方式变化的频率和周期。实验仪器主机示意图如下所示：导热系数的测定导热系数的测定 导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。 测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。 【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】 1、YBF-3导热系数测试仪一台 2、冰点补偿装置一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）一组 4、塞尺一把 【仪器简介】 仪器的面板图 上面板图 下面板图 加热温度的设定：①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。 ②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。 仪器的连接 连线图 从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。 【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Z 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成： (S1-1) 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）。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。 利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是 在材料内造成一个温度梯度 ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温 区向低温区的传热速率 。 1、关于温度梯度 为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它 dt ds dz dT dQ Z ?-=0)(λdz dT dt dQ dz dT dt dQ dz dT导热系数的测量实验报告导热系数的测量实验报 告 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）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。 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： 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
〖实验二十五〗 动态法测定良导体的热导率 实验时间2015年4月28日 报告时间2015年4月29日 1300011454 周二下午第2组3号 〖目的要求〗 1、测定良导体的热导率； 2、学习一种测定材料热导率的方法； 3、了解动态法测定良导体的特点和优越性； 4、认识热波，加强对波动理论的理解。 〖仪器用具〗 热导率动态测量仪，微机。
〖实验原理〗 1、热流方程 本实验采用非稳态法测定良导体的热导率。取棒状样品，假定热量仅沿一维传播。取一小段棒元，根据傅里叶导热定律，单位时间内在单位等温面上沿温度降低方向流过某垂直于传播方向的热流密度为： q T t t κ??=-?? 式中：κ为待测材料的热导率。由导热定律可推得热流方程： 22,T T t x c κααρ??==?? 式中：α称为热扩散率。 2、热波方程 热流方程的解将各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度围绕T 0按简谐规律变化，即： 0 sin m T T T t ω=+ 式中：T m 为热端的最高温度；ω为热端温度变化的角频率。 假设另一端无反射并保持恒定温度为T 0，则式热流方程的解也就是棒中各点的温度，即： 0 exp sin m T T kx T t ω??? =-+- ? ? ???
式中的T 0是直流成分；k 是线性成分的斜率。 从上式中可以看出： (1)当热端（x=0）温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波，也就是温度波。 (2)热波波速 v =(3)热波波长 2λπ =因此在角频率。已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 α然后再由 c κ αρ= 计算出材料的热导率κ。由热波波速公式，可得： 222 424period c v v c T c f v κρρκρππω===? 式中：f ，T period 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期。 从上述原理可知实现热导率测量的关键是: ①实现热量的一维传播； ②实现热端温度随时间按简谐形式变化的边界条件。 本实验采取的热波法，特点是当热量在样品中传播时，样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定，只要给定适当边界条件，可以做到样品上各点的温度均可随时间进行简谐变化，利用这种变化可以很容易测出热波波速，进而可计算出样品材料的热导率。
热阻及热导率测试方法 范围 本方法规定了导热材料热阻和热导率的测试方法。本方法适用于金属基覆铜板热 阻和导热绝缘材料热阻和热导率的测试。 术语和符号 术语 热触热阻 contact resistance 是测试中冷热两平面与试样表面相接触的界面产生热流量所需的温差。接触热阻 的符号为R I 面积热流量areic heat flow rate 指热流量除以面积。 符号 下列符号适用于本方法。 λ：热导率，W/（m﹒K）； A：试样的面积，m 2 ； H：试样的厚度，m； Q：热流量，W 或者 J/s； q：单位面积热流量，W/ m 2 ； R：热阻，（K﹒m 2 ）/W。 原理 本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。 试样两接触界面间的温 度差施加不同温度，使得试样上下两面形成温度梯度，促使热流量全部垂直穿过试样测试表 面而没有侧面的热扩散。 使用两个标准测量块时本方法所需的测试： T1＝高温测量块的高温，K； T2＝高温测量块的低温，K； T3＝低温测量块的高温，K； T4＝低温测量块的低温，K； A＝测试试样的面积，m 2 ； H＝试样的厚度，m。 基于理想测试模型需计算以下参数： T H：高温等温面的温度，K； T C：低温等温面的温度，K； Q：两个等温面间的热流量 热阻：两等温界面间的温差除以通过它们的热流量，单位为（K﹒m 2 ）/W； 热导率：从试样热阻与厚度的关系图中计算得到，单位为W/(m.K)。
接触热阻存在于试样表面与测试面之间。 接触热阻随着试样表面特性和测试表面施加给试样 的压力的不同而显著变化。因此，对于固体材料在测量时需保持一定的压力，并宜对压力进 行测量和记录。热阻的计算包含了试样的热阻和接触热阻两部分。 试样的热导率可以通过扣除接触热阻精确计算得到。 即测试不同厚度试样的热阻，用热阻相 对于厚度作图，所得直线段斜率的倒数为该试样的热导率，在厚度为零的截取值为两个接触 界面的接触热阻。如果接触热阻相对于试样的热阻非常小时（通常小于1％），试样的热导率 可以通过试样的热阻和厚度计算得出。 通过采用导热油脂或者导热膏涂抹在坚硬的测试材料表面来减小接触热阻。 仪器 符合本测试方法的一般特点要求的仪器见图A.1和图A.2。 该套仪器增加测厚度及压力监测等 功能，加强了测试条件的要求来满足测试精度需要。 仪器测试表面粗糙度不大于0.5μm；测试表面平行度不大于5μm。 精度为1μm归零厚度测试仪（测微计、LVDT、激光探测器等）。 压力监测系统。 图A.1 使用卡路里测量块测试架 图A.2 加热器保护的测量架 热源可采用电加热器或是温控流体循环器。主热源部分必需采用有保护罩进行保护， 保护罩 与热源绝缘，与加热器保持±0.2K的温差。避免热流量通过试样时产生热量损失。无论使用 哪一种热源，通过试样的热流量可以用测量块测得。 热流量测量块由测量的温度范围内已知其热导率的高热导率材料组成。为准确测量热流量， 必须考虑热传导的温度灵敏度。推荐测量块材料的热导率大于50 W/(m.K)。 通过推算测量块温度与测试表面的线性关系（Fourier传热方程），确定测量块的热端和冷端 的表面温度。 冷却单元通常是用温度可控的循环流体冷却的金属块，其温度稳定度为±0.2 K。 试样的接触压力通过测试夹具垂直施加在试样的表面上，并保持表面的平行性和对位。
西安交通大学 大学物理仿真实验报告 姓名：李宗阳 班级：能动28 学号：2120301210
实验名称：良导体热导率的动态法测量 一．实验目的 1．通过实验学会一种测量热导率的方法。 2．解动态法的特点和优越性。 3．认识热波，加强对拨动理论的理解。 二．实验原理 实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。简化问题，令热量沿一维传播，周边隔热,如图1所示。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A 的热量，即热流为 x T KA t q ??-=?? （1） 其中K 为待测材料的热导率，A 为截面积， 文中x T ??是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反．dt 时间 内通过面积A 流入的热量 dxdt x T KA dt t q t q dq dx x x 22??=?? ??????? ????-??? ????=+ 图1 棒 元 若没有其他热量来源或损耗，据能量守恒定律，dt 时间内流入面积A 的热量等 于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ?? ? ????=ρ，其中C ，ρ分别为材料的比热容与密度。所以任一时刻棒元热平衡方程为
dx x T K t T dx C 22??=??ρ （2） 由此可得热流方程 22x T D t T ??=?? （3） 其中ρC K D =，称为热扩散系数． 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= （4） 其中T m 是热端最高温度，为热端温度变化的角频率。另一端用冷水冷却， 保持恒定低温o T ，则式（3）的解也就是棒中各点的温度为 )sin(202x t e T x T T D x m D ωωαω-?+-=- （5） 其中T 0是直流成分，α是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出： 1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波． 2) 热波波速：ωD V 2= （6） 3) 热波波长：ωπλD 22= （7） 因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D ．然后再由ρ C K D =计算出材料的热导率K ．本实验采用.式（6）可得 ωρC K V 22= 则T C V f C V K πρπρ4422== （8） 其中，f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是： 1) 热量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化．
本科实验报告 （阅） 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板，上下两底面的温度T ，T 不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为 (1)
图1 测量样品 式中，为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；为薄圆板内热流方向上的温度梯度，式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反；为待 测薄圆板的热导率。 如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则，于是 (2) 得到 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的。 1．建立稳恒态 为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间，且紧密接触，（见图2）。 图二测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。首先，
可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度T A逐渐升高。当T A高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B 获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的 因为流过B的热流速率就是A从B获的热量的速率，而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等，所以，可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测。当A单独存在时，它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 （3） 式中，为A的比热容；为A的质量；n=T=T2成为在稳恒温度T2时的冷却速度。 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是：当A、C已达稳恒态后，记下他们各自的稳恒温度T2,T1后，再断电并将B移开。使A，C接触数秒钟，将A 的温度上升到比T2高至某一个温度，再移开C，任A自然冷却，当TA降到比T2约高To（℃）时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA 低于T2约To（℃）时止。测的数据后，以时间t为横坐标，以TA为纵坐标做A 的冷却曲线，过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线，则斜率就是A在TA 的自然冷却速度，即 （4） 于是有（5） 但要注意，A自然冷却时所测出的与试验中稳恒态时A散热是的热流速率是不同的。因为A在自然冷却时，它的所有外表面都暴漏在空气中，都可以 散热，而在实验中的稳恒态时，A的上表面是与B接触的，故上表面是不散热的。由传热定律：物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露空气中的表面积成正比。设A的上下底面直径为d，高为h，则有 （6）
保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热2·K/W）的测定，且所系数（被测试件的热阻应大于0.1 m测定的结 果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法 热线法 护热平板法塑料导热系数试验方法GB 3399-1982
1.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。
置装件试a双 b 单试件装置 1.1 防护热板式导热系数仪示意图图 a 单热流计不对称布置
b 双热流计对称布置 式件c 双试装置热流计式导热系数仪示意图图1.2 检测程序1.3 导热系数检测程EPS）1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（序GB 10294-1988GB 或按测数热板EPS导系的定。GB 10294-1988规定进行；仲裁方法时执行10295-1988．1.3.1.1 状态调节 样品应去掉表皮并自生产之日起在自然条件下放置28d后进测试。样品按GB/T 2918-1998中23/50二级环境条件进行，在温度（23±2）℃，相对湿度45％～55％的条件下进行16 h状态调节。 1.3.1.2厚度测量
热波法测热导率 实验仪器：（注明规格和型号） 本实验使用RB-1型热导率动态测量仪，包括主机、控制单元、记录单元三大部分。 1. 主机：棒状样品及热电偶阵列，脉动热源，冷却装置 2. 控制单元 3. 记录系统 实验目的： 1. 学习一种测量热导率的方法 2. 了解动态法测量热导率的特点和优点 3. 认识热波，加强对波动理论的认识
实验原理简述： 1. 导热微分方程的建立 热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程 为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元 x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂 直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为: 其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热 量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位 面积上通过的热量; 而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为： ，而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为： 在无外界条件变化的情况下，以上两式应当相等，联立以上两 式，可以得到： ，并可以由此推知热流方程： 其中D=K/cρ为热扩散率。 该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化，解的具 体形式还将取决于边界条件
2. 方程求解 若使热端的温度围绕T0作简谐变化：T=T0+Tm*sinωt，而另一端无反射并且保持恒定温度T0，则可以得到原微分方程的解为并且由上式可以得到热波的波长，热波在棒中的传播速度为因而，在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下，只要测出热波的波速或波长，就可以计算出热扩散率D，进而计算出热导率K。
圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。
绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 球号d1 mm d2 mm d mm 1 80.0 160.0 163.0 2 80.0 160.0 163.0 3 80.0 160.0 163.0 4 80.0 160.0 163.0 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。
119 实验二十五 动态法良导热体热导率的测量 物体热导率的稳态测量方法很多，动态法测量在国际上也很普遍，方法有多种。本实验采用的动态法测热导率，其特点是当热量在样品中传播时，给定适当边界条件，做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化，而不需象稳态法那样必须保持恒定。利用这种简谐变化便可计算出样品材料的热导率。传热过程中产生的温度波也称热波其特性与机械波、电磁波一样。我们即可用波动理论进行分析研究，这种方法称为热波法。将难于测量的热学量转变为各点温度波形的相位差测量，从而可显著降低测量误差。 【实验目的】 1、认识热波、加深对波动理论的理解。 2、了解动态法的特点和优越性。 3、学习一种测量热导率的方法。 【实验原理】 设热量沿一维方向传播，若对于棒状样品，将其周边隔热， 取一小段样品进行分析如图1。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向面积A 的热量，即热流为 dx dT KA Q -= （1） 其中K 为待测材料的热导率，dx dT 是温度对坐标x 的梯度．将(1)式两边对坐标取微分有 dx dx T d KA dQ 22-= 根据能量守恒定律，任一时刻棒元的热平衡方程为 dx dx T d KA dQ dt dT Adx C 22-==ρ （2） 其中C ，ρ 分别为材料的比热容与密度，由此可得热流方程 22dx T d D dt dT = （3） 其中ρ C K D = ， 称为热扩散系数。 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= (4) 图1 棒元
导热系数的测定 一、实验目的 1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。 2．学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。 二、导热系数的测定原理 本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热 面温度T 1，冷面温度T 2 和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚 度δ。将dt/dn=（T 2-T 1 ）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T 1 -T 2 ）]，便可 以计算出材料的导热系数。 图1：双试件导热系数测试装置原理示意图 A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面 E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点
三、实验步骤 1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%. 2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。 3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。 4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。 5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验条件有限，现在我们用自来水代替。 6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。 7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。 8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。 9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。 10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。 11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。 12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。
第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -
3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温
导热系数测量方法（一） 导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类； 稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等 瞬态法有：热线法、探针法、热盘法、热带法、激光法等 各种导热系数测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同； 相比于固体、液体和气体的导热系数测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。 稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。 稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长、对样品要求较高；为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。 稳态法主要用于测量固体材料，特别是低导热系数材料（如保温材料）的导热系数，而要把它用于研究湿材料，如生物质、土壤等会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化将导致试样物性的改变，这将导致导热系数的测量结果不正确。而将稳态法用于液体导热系数的测量，更是非常困难，由于流体在温度梯度下产生自然对流，即使在一维热流下也难以做到纯粹的一维导热。 热流计法为相对测量方法，通常需要参比样品，且参比样品的导热系数测量必须由更高精度的方法或仪器获得，且热流计法的测量准确度永远不会高于参考样品的导热系数测量准确度；同时，热流计的应用范围应在参比样品导热系数数值附近区域，否则将引起较大误差； 激光法是获得热扩散系数的方法，如果需要获得导热系数，还需要有其他方法测量得到的密度值和比热值，然后带入公式计算得到导热系数，其导热系数的不确定度与上述三个物理量的测量准确度相关。
实验4-4 用动态法测定良导热体的热导率 【引言】 当物体内部有温度梯度存在时，热量会从高温区域传至低温区域。我们称热量的这种 传递形式为热传导。热传导是热交换现象三种基本形式（传导，对流及辐射）中的一种。在 固体，液体，气体中都会发生。 热传导的基本规律可由傅立叶定律来确定。即：在时间dt 内通过面积ds 传递的热量 dQ 为： dsdt dx dT K dQ -= （4-4-1） 式中dT/dx 是与面积ds 相垂直的方向上的温度梯度，“－”号表示热量由物体的高温区域传向低温区域，K 表示物体导热能力的大小，称为物体的热导率（或导热系数）。从公式（4-4-1）知道，热导率的数值就是在单位时间内，温度梯度为1（即在单位长度内温度降低1 度）时通过与温度梯度相互垂直的单位面积传递的热量，在国际制单位中为瓦／米·开；在C.G.S.制中是卡／厘米·秒·度，而1 卡／厘米·秒·度＝4.1868×102 瓦／米·开。 一般讲，气体，液体及非金属材料的热导率较小，约在 0.006~3 W ·m-1·K-1 之间，是热的不良导体。纯金属材料的热导率较大，约在 2.3~420W ·m-1·K-1 之间，是热的良导体。材料的导热性能不仅与构成材料的物质本身有关，而且与其结构，压力，温度以及杂质含量有关。因此，要确定某一材料的导热系数，常需要由实验来测定。所有测量热导率的实验的方法都基于热传导方程。测量固体材料热导率的方法通常可分为两类，一类是稳态法（静态法），一类是动态法。 本实验是采用RB-I 型热导率动态测量仪来测量良热导体铜，铝的热导率。其特点是当 热量在样品中传播时，样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定。只要给定适当的边 界条件，可以做到样品上各点温度均可随时间作简谐变化，利用这种变化便可计算出样品材 料的热导率。这样就可将难以测准的热学量的测量转变为容易测准的长度测量，从而显著降 低测量误差。 【实验目的】 1． 学会一种测量热导率的方法。 2． 了解动态法的特点和优越性。 3． 认识热波，加强对波动理论的理解。 【实验原理】 为使问题简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状，取一小段样品如图4-4-1所示。 根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于 传播方向面积A 的热量及热流为： dx dT KA q -=? (4-4-2) 其中K 为待测材料的热导率，dT/dx 是温度对坐 标x 的梯度。将（4-4-2）式两边对坐标取微分 有： dx dx T d KA q d 22-=?
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 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θ 1、θ2 的平行平面（设θ1>θ2），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： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，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)(K m W ?。 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 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
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θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶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（3-26-1）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 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过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T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2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θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．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，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 12θθ，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 Q B 21θθλ-=?? （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。设圆盘样品的直径为B d ，则 半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）
物理实验报告动态法测量物体热导率
院系：物理与信息技术学院 班级：2009级物理二班 姓名：郝娟 学号：40906098 指导老师：黄育红 动态法测量物体热导率论文语种: 中文 学科门类: 理学 一级学科: 物理学 二级学科: 热学 作者：郝娟 学号：40906098 班级: 09级物理二班 学校: 陕西师范大学 院系: 物理学与信息技术学院 专业: 物理学
论文摘要：热导率(thermal conductivity)是量度材料导热性能的物理 量, 又称导热系数(coefficient of thermal conductivity) 。定义为面积热流量除以温度梯度。符号为λ,(k),单位是瓦[特]每米开[尔文]，符号为W/(m·K)。在国际上采用动态法测量物体热导率是非常普遍的，而在国内尚属鲜见。动态法测热导率的方法很多，我们采用热波法，其特点为当热量在样品中传播时，样品中个点的温度不像稳态法那样必须恒定，只要给定适当的比边界条件，可以做到样品上各点的温度都随时间进行简谐变化，利用这种方法即可以测出物体的热导率。这样就将难测的热学量的测量装换为容易测准的长度测量，因为测量误差显著降低。。通过实验，使我们学习到一种新的测量热导率的方法—— 导师姓名: 黄育红 论文完成日期: 2011/6/22 论文题目(中 文): 动态法测量物体的热导率 论文题目(外 文): Use dynamic way to measure substance s ′thermal conductivity 论文关键字(中 文): 动态法 热波 热导率
动态法，了解其的特点和优越性，并且认识热波加强对波动理论的理解。 正文： 实验原理：本实验主要利用热导率动态测量仪与微型计算机。实验中，为使实验简化，令热量沿一维传播，故将样品制成棒状。棒的两端一端为热端，其温度按简谐变化；另一端用冷水冷却，保持恒定低温。热端（X=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将按衰减波的形式在棒内向冷端传播，成为热波，也就是温度波。通过推导可得 待测材料的热导率公式为 ρ π ρ π c f v c f v K 2 2 4 = 4 = ，其中 v 为 热波波速，c为材料的比热容，ρ为材料密度， o t f,分别为热 端温度按简谐方式变化的频率和周期。实验仪器主机示意图如下所示：
导热系数的测定 导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。 测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。 【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】 1、YBF-3导热系数测试仪一台 2、冰点补偿装置一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）一组 4、塞尺一把 【仪器简介】 仪器的面板图 上面板图 下面板图 加热温度的设定：
①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。 ②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。 仪器的连接 连线图 从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。 【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Z 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成： (S1-1) 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）。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。 利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是 在材料内造成一个温度梯度 ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温 区向低温区的传热速率 。 1、关于温度梯度 为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它 dt ds dz dT dQ Z ?-=0)(λdz dT dt dQ dz dT dt dQ dz dT
导热系数的测量实验报 告 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
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。 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： 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
