稳态法测量不良导体的热导率
不良导体导热系数测量
实验题目：不良导体导热系数的测量 实验目的：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利用作图法求冷却 速率。 实验原理：1、导热系数 导热系数是反映材料热性能的重要物理量。目前对导热系数的测量均建立在傅立叶热传导 定律的基础上。本实验采用稳态平板法。 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 dT dt 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T 1、T 2，以h B 表示样品高度，S B 表样品底面积： B B S h T T dt dQ ?-=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 dt dQ h R h R dt dQ h R R h R R dt dQ P A A A A P A A A A A A ?++=?++=2)(2)2(ππ 又根据 dt dT mc dt dQ P ? = 有 dt dT h R T T R h R mch A A B A A B ?+-+= ))((2)2(212 πλ 从而通过测量以上表达式中的量得到导热系数。 实验装置：如图 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； 6、整理仪器；数据处理。 实验数据： 几何尺寸测量： 表一：A 、B 板的几何尺寸测量结果 A 质量m=806g ，比热容c=0.793kJ/kgK 。 稳定温度（实际是电压值）： T 1：3.09mV T 2：2.73mV 表二：自由散热温度（最接近T 2的12个） 数据处理： 将导热系数的公式变形为 dt dV h D V V D h D mch A A B A A B ?+-+= )2)(()4(2212 πλ A 盘直径的平均值 mm mm D D D D A A A A 89.129390 .12972.12904.1303321=++=++= B 盘直径的平均值 mm mm D D D D B B B B 46.129352 .12944.12942.1293321=++=++= A 盘厚度的平均值 mm mm h h h h A A A A 95.6392 .690.602.73321=++=++= B 盘厚度的平均值 mm mm h h h h B B B B 98.7300 .892.702.83321=++=++= 利用ORIGIN 作图得到dV/dt ：
不良导体热导率的测定
不良导体热导率的测定 实验简介： 导热系数(又叫热导率)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。材料是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，而且还与材料的微观结构、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。测固体材料热导率的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。 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： 图1 1、导热系数 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。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，其比例系数是导热系数，即： (1) 式中为传热速率，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)。 2、不良导体导热系数的测量 图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，则维持上下平面有稳定的 T1和T2(侧面近似绝热)，即稳态时通过样品的传热速率为：
大学物理实验不良导体的热导系数的测量讲义
不良导体的热导系数的测量 实验简介 材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，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。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。 测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 实验目的 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。 实验仪器 待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等 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 dx dT dt 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 h T T dt dQ 21--=λ （2）
图 1 图 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 dt dT 。 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， ()()dt Q d h R R h R R dt dQ ' ++=222ππ （3） 式中 dt Q d ' 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有
不良导体的导热系数
热导系数的测量 学号：PB07210137 姓名：昝涛 实验名称：热导系数的测量 实验目的：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 dx dT dt 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 h T T dt dQ 21--=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 dt dT 。 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， ()()dt Q d h R R h R R dt dQ ' ++= 222ππ （3） 式中 dt Q d ' 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有 dt dT mc di Q d =' （4） 这样，就有 ()()dt dT mc h R R h R R dt dQ 222++=ππ （5） 结合（2）式，可以求出导热系数 ()()dt dT h R T T R h R h c m A A B A A B +-+= )(22212 πλ铜铜
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）
试验9不良导体导热系数的测定
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 dT dQ 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
试验9不良导体导热系数的测定
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z o处取一个垂直截 面积ds，以dT表示在z处的温度梯度，以dQ表示在该处的传热速率（单位时间 dz dt 内通过截面积ds的热量），那么传导定律可表示成： .dT dQ=-：?（）z0dsdt （9-1） dz 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'即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为
大学物理实验不良导体的热导系数的测量讲义
dQ dt 不良导体的热导系数的测量 实验简介材料的导热系数是反映材料热性能的物理量，导热机理在很大程度上取决与它的微观结构，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。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。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类是动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分析，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 实验目的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。 实验仪器待测橡皮垫、黄铜板、加热铜质圆盘（带隔热层）、红外灯、热电偶、杜瓦瓶、冰水混合物、 0~250V 变压器、秒表、游标卡尺等实验原理 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： dQ dT dS （1） dt dx 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T1 和T2 时，传热速率为 2）
由于传热速率很难测量，但当T1 和T2 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T2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T2，据此求出铜盘在T2 附近的冷却速率dT。 dt 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， dQ R R 2h dQ （3） dt R 2R 2h dt （） 式中dQ为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有 dt
不良导体导热系数的测定实验报告
非金属固体材料导热系数的测量 2004/04 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使 用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材 料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。 基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一 电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其 附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的 热传导方程对物体的温度场进行描述：r r r t ??+??=??θθθα1122 （1） 边界条件为： 00 =r θ(t =0，r ≥0)，0=∞r θ(t >0，r =∞)，const.π0 =??-==r r q θ λ(t >0，r =0)[3] （2） 根据热传导方程和边界条件得到解为：t t e q t t r r t d π40 42? - = αλ θ （3） 其中各物理量含义为，t ：热线的加热时间，单位为s ；r ：距热线的距离，单位为m ；q ：热线单位长度的加热功率，单位为W/m ；t r θ：加热时间t ，距离热线距离r 处的温升，单位为K ；α：试样的热扩散率，单位为m 2/s ；λ：试样的导热系数，单位为W/（m ·K ），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m ·K ）。 假设t r α42 →0，即r →0或αt →∞，利用Euler 公式，忽略展开后二次项以后的各项。如果 在不同时间t 1、t 2，测的同一点r 处的温升为1t r θ、2 t r θ，则：12ln π41 2 t t q t t r r λ θθ= - （4） 根据（4）可以得到试样的导热系数 ()()1 2 1 2 1212ln πL 4ln π4t t t t r r r r t t IU t t q θθθθλ-=-= [4] （5） （5）式中，I 、U 分别热线的通电电流（单位为A ）和电压（单位为V ），L 为有效加热长度（单位为m ）。因此，当等时间间隔测量试样的温升时，ln(t 2/t 1)和1 2 t t r r θθ-呈线性关系，据此计算试 样的导热系数。 [实验设计] 实验装置如图2所示。试样为环氧树脂，有效长度220mm ，直径28mm 。加热丝为钨杆，直径1mm ，R Wu =0.01650Ω，加热电流3~5A 。温度测量利用电阻——温度系数（αR =0.00393℃ 图1、热线法测定非金属固体材料导热系数 的原理示意图 试样 热线
实验十七稳态法测定非良导体的热导率
实验十七 稳态法测定非良导体的热导率 实验内容 1.学习传热学的有关概念和冷却速度的测定方法。 2.了解傅立叶传热定律，测定非良导体的热导率。 教学要求 ?? 1．了解物理量的间接测量方法。 2．学习用作图法确定瞬态量的方法。 实验器材 EH-3数字化热学实验仪，盘式加热器，待测非良导体，温度计(0～500C 和0～1000C 各一支)，游标卡尺，电子秒表（具有多次记时功能）。 热传导是热量传播的三种方式之一，它是由物体直接接触而产生的，热导率是反映物体热传导性能的一个物理量，热导率大的物体具有良好的导热性能，称为热的良导体；热导率小的物体则称为热的非良导体。一般说来，金属的热导率比非金属大，固体的热导率比液体大，气体最小。测定物体的热导率对于了解物体的传热性能具有重要意义，在消防研究与鉴定中，经常需要了解材料的热导率，以确定建筑物的放火等级与耐火极限等。本实验是用稳态法测定非良导体的热导率。 实验原理 稳态法测定热导率是利用傅立叶传热定律来进行的。 设有一厚度为Ｌ，底面积为Ｓ0的薄圆板，上、下两底面的温度分别为Ｔ1和Ｔ2，且Ｔ1>Ｔ2，则有热量自上底面传向下底面。由傅立叶传热定律得： dl dT S dt dQ 0λ-= （17-1） 记dt dQ =?，称为热流速率，?它代表单位时间流过薄圆板的热量。dl dT 是薄圆板内热流方向上的温度梯度，由于热流方向与温度梯度的方向相反，式中用一个负号来表示。λ是待测薄圆板材料的热导率，它是由薄圆板的传热性质所决定的常数。 如果能保持上、下两底面温度不变（这种状态称为稳恒态），且传热面均匀（在实际实验中，即要求L 很小或2 L 《0S ，薄圆板侧面的散热可以忽略，则 L T T l T dl dT 12-=??= (17-2) 将（17-2）式代入（17-1）式得L T T S dt dQ 120--==λ?，整理可得 ) (120T T S L --=?λ (17-3) 由(17-3)式可知，测量热导率λ的关键是：一是在待测薄圆板中建立热传导稳恒态，测出待测薄圆板两底面的稳恒温度；二是测出稳恒态时待测薄圆板内的热流速率?。下面就分别予以讨论。 1．稳恒态的建立 为了获得稳恒态，实验中将待测圆盘Ｂ置于两个直经与Ｂ相同的铝圆柱体Ａ、Ｃ之间，且紧密接触。Ｃ内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者是用来作热源的，后者是用于控制C 盘的温度。首先，接通ＥＨ－物理实验仪与Ｃ内的加热电阻 丝，并将其温度稳定在设定的温度值上（如850C ）。待测薄圆板Ｂ的热导率尽管很小，但
不良导体导热系数的测量 (6)
实验报告 一、实验题目：不良导体导热系数的测量 二、实验目的 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。 三、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，其比例系数为热导系数或导热率，即 dQ dT dS dt dx λ=- 其中 dQ dt 为传热速率，dT dx 是与面积相垂直的方向上的温度梯度，“—”表示热量从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。 2、不良导体导热系数的测量 厚度为B h 、截面面积为B S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘A 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 11B B T T dQ S dt h λ-=- （1） 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 dQ dt 。 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，即 ' A A A A A A R (R 2h )dQ dQ dt R (2R 2h )dt ππ+=? +
式中' dQ dt 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体，有'dQ dT mc dt dt =。这样，就有 A A A A Cu A A A R (R 2h )dQ dT =m c dt R (2R 2h )dt ππ+?+ （2） 比较（1）和（2）式，可以求出导热系数为 A Cu B A A 2B A A 12m c h (R 2h )dT = 2R (R h )(T -T )dt λπ+?+ （3） 四、实验内容 1、观察和认识传热现象、过程及其规律： （1）自拟数据表格，用卡尺测量铜盘A 和样品B 的厚度及其直径，并求出平均值和误差（各测三次）； （2）熟悉各仪表的使用方法，并按书上的图示连接好仪器； （3）接通调压器电源，将红外灯升压，使其从零缓慢升至200V 。当1T 达到3.2—3.4mV 之间时，将电压调至125V 左右。来回切换单刀双掷开关，观察1T 和2T 的值（每1—2min 记录一次）。若10min 基本不变（变化量小于0.03mV ），则认为达到稳态，记录下1T 和2T 的值； （4）移走样本盘B ，直接加热A 盘（200V 条件下），使之比2T 高10℃（约0.4mV ）。调压器调至零，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（中间不要间断），选择最接近的前后各6个数据填入自拟表格。 2、用逐差法求出铜盘A 的冷却速率dT dt ，并由公式（3）求出样品的导热系数λ。 3、绘出T —t 关系图，用作图法求出冷却速率 dT dt 。 4、用方程回归法进行线性拟合，求解冷却速率dT dt 及其误差，将结果 代入公式（3），计算样品的导热系数λ及其标准差λσ。 五、实验器材（如下图所示） 杜瓦瓶、传热筒、数字电压表（测温度用）、红外灯、热电偶、铜盘、橡胶圆盘（待测）、双刀双掷开关、调压器电源、支架、支杆等。
不良导体的热导率
不良导体得热导率 摘要 物体导热性能得好坏,称为物体得热导率。不同得物质,热导率值就是不同得热导率大得称为热得良导体，热导率小得称为热得不良导体。测定不良导体得热导率得方法就是当样品两端达到稳态温度差时，样品得传热速率与散热盘从侧面与底面向周围散热得速率相等为依据。由此测出散热盘在稳定温度时得散热速率，以此求出不良导体得热导率,测量物质热导率得方法有稳态法与动态法两种,它们以傅里叶热传导定律作为基础。 目录 1.实验目得……………………………………………………………… 2.实验仪器……………………………………………………………… 3.实验原理……………………………………………………………… 4.实验内容与步骤……………………………………………………… 5.注意事项……………………………………………………………… 6.数据及处理………………………………………………………… 7.问题讨论……………………………………………………………… 8.知识拓展……………………………………………………………… 引言：导热系数就是表征物质热传导性质得物理量，就是各类科学研究与工程设计得重要基础参数.迄今为止，尚无法用纯理论得方法，导出物质(特别就是固体）导热系数得精确计算公式.研究材料得导热性质，在科学研究与工程应用中就是一个重要课题，凡联系到新型材料得开发，设备及装置得热设计等方面都离不开它,对于不同材料得不同性质（非金属不良导体;金属良导体）可采用不同得测试研究方法.因此材料得导热系数常需要由实验具体测定。测量导导热系数得方法一般分两类：一类就是稳态法,另一类就是动态法。 在稳态法中，先利用热源在待测样品内形成一稳定得温度分布；然后进行测量。在动态法中，待测样品中得温度分布就是随时间变化得，例如呈周期性得变化等。本实验采用稳态法测定不良导体得导热系数。 【实验目得】 （1）了解掌握热传导现象得物理过程。 （2）掌握用稳态法测量不良导体热导率得原理及方法. （3）学会测定橡胶盘得热导率. （4）体会物理思想与对知识得拓展. 【实验仪器】
不良导体的热导率
不良导体的热导率 摘要 物体导热性能的好坏，称为物体的热导率。不同的物质，热导率值是不同的热导率大的称为热的良导体，热导率小的称为热的不良导体。测定不良导体的热导率的方法是当样品两端达到稳态温度差时，样品的传热速率与散热盘从侧面和底面向周围散热的速率相等为依据。由此测出散热盘在稳定温度时的散热速率，以此求出不良导体的热导率，测量物质热导率的方法有稳态法和动态法两种，它们以傅里叶热传导定律作为基础。
目录 1. 实验目的............................................... 2. 实验仪器............................................... 3. 实验原理............................................... 4. 实验内容与步骤......................................... 5. 注意事项............................................... 6. 数据及处理........................................... 7. 问题讨论............................................... 8. 知识拓展...............................................
引言：导热系数是表征物质热传导性质的物理量, 是各类科学研究和工程设计的重要基础参数。迄今为止,尚无法用纯理论的方法,导出物质（特别是固体）导热系数的精确计算公式。研究材料的导热性质，在科学研究和工程应用中是一个重要课题，凡联系到新型材料的开发，设备及装置的热设计等方面都离不开它，对于不同材料的不同性质（非金属不良导体；金属良导体）可采用不同的测试研究方法。因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导导热系数的方法一般分两类：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。本实验采用稳态法测定不良导体的导热系数。
不良导体导热系数的测定
不良导体导热系数的测定 专业年级： 油气储运04级4班 指导教师： 姚勇 学生姓名（学号）： 李超云（04012408） 许惠敏（04012401） 一、实验目的 1、掌握稳态法测不良导体导热系数的方法 2、了解物体散热速率与传热速率的关系 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 二、实验原理 当物体内部各处温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传向较低处，这种现象称为热传导。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 o 处取一个垂直截面积dS ，以 Z d dT 表示在Z 处的温度梯度，以dt dQ 表示该处的传热速度（单位时间内通过截在积dS 的热量），那么热传导定律可表示成： dQ=－λ（ dZ dT ）Z o dS ·dt （2.3-1） 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），比例数λ即为导热系数，可见导热系数的物理意义：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（2.3-1）式测量材料的导热系数λ，需解决两个关键的问题：一个是如何在材料内造成一个温度梯度Z d dT 并确定其数值；另一个是如何测量材料内由高温区向低温区的传热速率dt dQ 。 1、关于温度梯度 Z d dT 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，并把它夹在两块良导体——铜板之间，如图2.3-1，使两块铜板分别保持在恒定温度T 1和T 2，就可能在垂直于样品 表面的方向上形成温度的梯度分布。若样品厚度远小于样品直径（D h 《），由于样品侧 积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热测定 量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同—平行平面上各处的温度也相同。这样只要测出样品的厚度h 和两块铜板的温度T 1、T 2，就可以确定样品内的温度梯度 h T T 2 1-。当然这需要铜板与样品表面紧密接触无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。 T C （ T 2T 2T 2t s （） 1
实验7不良导体导热系数的测定
实验7 不良导体导热系数的测定 一、目的 掌握测定不良导体的导热系数 二、实验仪器 1、热系统： ①支架 ②红外灯 ③传热筒 ④热电偶两支 ⑤交流调制器 ⑥黄铜板质 ⑦待测样品 2、测量显示仪 本仪器采用精度运放组成两路热电偶前置放大器，并对热电偶冷端进行了自动补尝，采用2 1 4 位高稳定性D A 转换器实现对两路温度的测量系统，整个电路以单片机为控制 中心，实现数据采集和识别键盘信息。 三、实验原理与装置 本仪器所依据的原理是1982年由法国数学、物理学家约瑟·傅立叶给出的，称热传导的基本公式，又称傅立叶导热方程式。该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，两个相距为h ，温度分别为θ1、θ2（要这里，为了与时间t 区分开，我们用θ来表示温度）的平行平面，若平面的面积为A ，在Δt 秒内，从一个平面传到另一个平面的热量ΔQ 满足下述表示： h A t Q 21θθλ-??=?? (2-11) 式中，ΔQ ／Δt 为传热速率，λ定义为该物质的导热系数，奕称执导率。由此可知，热导率是一表征物质传导性能的物理量。其数值等于相距单位长度的二平行面，当温度相差一个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量。其单位名称是瓦特每米开尔文，单位符号为W ／（m ·K ）。 该方法的实验装置如图所示，由上述热传导基本通过待测样品B 板的传热速率可写成： 式中，λ为样品厚度，B R 为样品圆板的半径，θ1为样品圆板上表面的温度，θ2为其下表面的温度，λ即为样品B 的热导率。 当传热到达稳定状态时，θ1和θ2温度稳定不变，通过B 板的传热率与黄铜盘C 向周围环境的散热速率完全相等。因此可通过黄铜盘C 在稳定温度θ2时的散热律来求出 t Q ??。实验时，当读得稳态时的θ1、θ2后，即可将样品B 板取走，让圆筒的底盘与下盘C 接触，使盘C 温度上升到高于θ2若干度后，再让圆筒A 移去，让黄铜盘C 作自 然冷却，求出黄铜盘在θ2附近时的冷却速度21?θ=??t Q ,则21θ?=??／t Q mc (m 为 黄铜的质量,c 为黄铜的比热)就是黄铜c 在θ2时的散热速率。但由此求出的t Q ??是黄 铜c 的全部表面暴露在空气中的冷却速度，即散热表面积为c c c h R R ππ222 +，而实验中 2 21B R －t Q ??? =??πσ θθλ
不良导体热导率的测量
不良导体热导率的测量 实验简介 导热系数(又叫热导率)就是反映材料热性能的重要物理量。热传导就是热交换的三种(热传导、对流与辐射)基本形式之一,就是工程热物理、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,在绝缘体与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,而且还与材料的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验与工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。测固体材料热导率的实验方法一般分为稳态法与动态法两类。 实验原理 dt时间内通过dS面积的热量dQ,正比于物体内的温度梯度,其比例系数就是导热系数,即: (1) 式中为传热速率,就是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度,“-”号表示热量由高温区向低温区域,λ就是导热系数,表示物体导热能力的大小。在SI 中λ的单位就是W·m-1·K-1。对于各向异性材料,各个方向的导热系数就是不同的(常用张量来表示)。 1、不良导体导热系数的测量 图1就是不良导体导热系数测量装置的原理图。设样品为一平板,则维持上下平面有稳定的T1与T2(侧面近似绝热),即稳态时通过样品的传热速率为: (2) 式中h B为样品厚度,S B R2B为样品上表面的面积,(T1-T2)为上、下平面 的温度差,λ为导热系数。 在实验中,要降低侧面散热的影响,就需要减小h。因为待测平板上下平面的温度T1与T2就是用传热圆筒A的底部与散热铜盘C的温度来代表,所以就必须保证样品与圆筒A的底部与铜盘C的上表面密切接触。
不良导体的导热系数测量
不良导体导热系数的测定 热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射。其中的热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换的过程。从微观上说，热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它是由于物体内部存在温度梯度，而发生从高温部分向低温部分传递热量的过程。不同物体的导热性能各不相同，导热性能较好的物体称为良热导体，导热性能较差的物体称为不良热导体。定量描述物体导热性能的物理量是导热系数，一般说来，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。 导热系数是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉及这个参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。所以，导热系数的研究和测定有着重要的实际意义。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。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。稳态法是在加热和散热达到平衡状态、样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量。非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。 【预备问题】 ① 如何判断不良导体中的导热过程达到了稳定？ ② 不良导体样品盘的厚度对测量结果有影响吗？ ③ 如果测量高低温热源温度所分别使用的温度计读数有偏差，将会产生什么样的影响？有什么办法消除或减小影响？ 【引言】 1．热传导定律 当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。 早在1882年著名物理学家傅立叶（Fourier ）就提出了热传导的定律：若在垂直于热传播方 向x 上作一截面△S ，以0 x dx d ? ?? ??θ表示0x 处的温度梯度，那么在时间△t 内通过截面积△S 所传递的热量 △Q 为 S dx d t Q x ???? ??-=??0 θλ （3.14.1） 式（3.14.1）中 Q t ??为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处，与温度梯度方向相反。比例系数λ称为导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时 间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米-1·开-1(W ·m -1·K -1)。 2．稳态法测传热速率 测定样品导热系数的实验装置如图3.14.1所示。图中待测样品（圆盘）半径为R 1，厚度为h 1，样
不良导体导热系数的测量实验报告
热 导 系 数 的 测 量 实验目的: 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,传热速率正比于温差与接触面积,定义比例系数为热导系数: dQ dT dS dt dx λ=- 2. 不良导体导热系数的测量 厚度为h 、截面面积为S 的样品盘夹在加热圆盘与黄铜盘之间。热量由上方加热盘传入。两面高低温 度恒定为1T 与2T 时,传热速率为: S h T T dt dQ 21--=λ 热平衡时,样品的传热速率与相同温度下盘全表面自由放热的冷却速率相等。因此每隔30秒记录铜盘自由散热的温度,一直到其温度低于2T ,可求出铜盘在2T 附近的冷却速率 dt dT 。 铜盘在稳态传热时,通过其下表面与侧面对外放热;而移去加热盘与橡胶板后就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: ()()dt Q d h R R h R R dt dQ ' ++=222ππ 式中 dt Q d ' 为盘自由散热速率。而对于温度均匀的物体,有 dt dT mc di Q d =' 联立得: ()()dt dT mc h R R h R R dt dQ 222++=ππ 结合导热系数定义即可得出样品的导热系数表达式。 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,等待上盘温度缓慢升至1T =3、2~3、4mV
4. 将电压调到125V 左右加热,来回切换观察1T 与2T 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1T 与2T 的值 5. 移走样品盘,直接加热A 盘,使之比2T 高10℃(约0、4 mV);调节变压器至零,再断电,移走加热灯与传热筒, 使A 盘自然冷却,每隔30s 记录其温度,选择最接近2T 的前后各6个数据,填入自拟表格 数据处理: 样品盘质量898.5m g = 上盘稳定温度1 3.17T mV = 下盘稳定温度2 2.56T mV = 样品盘比热容1 0.3709()c kJ kg K -=??实验前室温=21.8C T ?室 实验后室温=22.6C T '?室 几何尺寸均使用游标卡尺测量: 自由散热降温时下盘温度: 下面先处理几何数据: 取0.95P =,3n = 则0.95 4.30t = 1.96p k = a) 对下盘厚度A h :0.768A h cm = /0.002/0.001A A h u cm σ=== 游标卡尺测量:C = 0.002cm ?=仪 由于下盘?估因较小而忽略 0.002cm B ?=?=仪 0.950.006U cm === 最后:(0.7680.006)A h cm =± 0.95P = b) 对下盘直径A D :12.954A D cm = /0.002/0.001A A D u cm σ===