不良导体热导率
不良导体热导率的测定实验报告
不良导体热导率的测定实验报告实验目的：1.了解不良导体的概念与特性；2.理解热导率的定义与计算方法；3.通过实验测定不良导体的热导率。
实验原理：不良导体是指导热性能较差的材料，其热导率远低于金属等良导体。
热导率是衡量材料导热性能的物理量，通常用λ表示。
热导率的单位为W/(m·K)，表示单位时间内单位长度材料导热的能量。
热流量是指单位时间内通过单位面积传导的热量，可用下式表示：q=λ·ΔT/d其中，q为热流量，λ为热导率，ΔT为温度差，d为热传导路径。
实验中，我们将使用一个热传导装置来测定不良导体的热导率。
具体而言，装置包含一个维持恒定温度的热源和一个铜棒，通过测量铜棒上的温度分布来计算热导率。
实验步骤：1.将热源温度设置为所需温度，保持稳定；2.将铜棒与热源接触，等待一段时间，使铜棒温度达到稳定；3.在铜棒上选取多个位置，使用温度计测量相应位置的温度，记录数据；4.根据测得的温度数据，计算热流量的梯度和热导率。
实验数据：温度测量位置温度（℃）1 202 403 604 805 1006 1207 1408 160实验结果与分析：根据测得的温度数据，我们可以计算出不同位置的温度差ΔT，并根据实验原理中的公式计算出相应位置的热流量q。
通过绘制q与位置之间的关系图，可以得到一个本质上线性的曲线，且曲线的斜率正比于热导率λ。
根据实验数据计算得到的热流量如下：位置热流量（W）1-2 102-3 103-4 104-5 105-6 106-7 107-8 10绘制热流量与位置之间的关系图，可以得到一条直线，从而确定热导率λ。
实验结论：通过本次实验，我们成功地测定了不良导体的热导率。
实验结果表明，不良导体的热导率远低于金属等良导体，这也说明了不良导体在绝缘材料、隔热材料等领域的应用潜力。
同时，通过实验测定的热导率数据，可以进一步分析不良导体的导热特性，为相关领域的热工设计提供依据。
不良导体热导率的测定实验报告
不良导体热导率的测定实验报告一、实验目的1、了解热传导现象的基本规律。
2、学习用稳态法测量不良导体的热导率。
3、掌握热电偶测温的原理和方法。
二、实验原理当物体内存在温度梯度时，热量会从高温处向低温处传递，这种现象称为热传导。
对于一个厚度为＄d$、横截面积为＄S$ 的平板状不良导体，在稳定传热状态下，通过该导体的热流量＄Q$ 与导体两侧的温度差＄＼Delta T$ 成正比，与导体的厚度＄d$ 成反比，与导体的热导率＄＼lambda$ 成正比，即：＄Q ＝＼frac{＼lambda S ＼Delta T}｛d}＄如果在一段时间＄＼Delta t$ 内通过导体的热量为＄Q$，则热导率＄＼lambda$ 可表示为：＄＼lambda ＝＼frac{Qd}｛S\Delta T ＼Delta t}＄在本实验中，采用稳态法测量热导率。
将待测的不良导体样品制成平板状，放置在加热盘和散热盘之间。
加热盘通过电热丝加热，使热量通过样品传递到散热盘。
当加热盘和散热盘的温度稳定后，样品内的传热达到稳定状态，此时通过样品的热流量等于散热盘在单位时间内散失的热量。
散热盘在稳定温度下的散热速率可以通过测量散热盘的冷却曲线来确定。
当散热盘的温度高于环境温度时，它会向周围环境散热，其散热速率与散热盘的温度和环境温度之差成正比。
三、实验仪器1、热导率测定仪：包括加热盘、散热盘、热电偶、数字电压表等。
2、秒表3、游标卡尺4、电子天平四、实验步骤1、用游标卡尺测量样品的厚度＄d$ 和直径＄D$，计算出样品的横截面积＄S ＝＼frac{＼pi D^2}｛4}＄，用电子天平称出样品的质量＄m$ 。
2、将样品放在加热盘和散热盘之间，安装好热电偶，确保热电偶的测量端与样品良好接触。
3、接通电源，调节加热功率，使加热盘和散热盘的温度逐渐升高。
观察数字电压表的读数，当加热盘和散热盘的温度稳定后（温度变化在一定时间内小于＄01^｛＼circ}C$），记录此时加热盘和散热盘的温度＄T_1$ 和＄T_2$ 。
不良导体热导率的测量实验原理
不良导体热导率的测量实验原理导体的热导率是指导体传导热量的能力，是衡量导体导热性能的重要指标。
而对于不良导体，其热导率相对较低。
在实验中，我们可以通过测量不良导体的热导率来评估其导热性能。
本文将介绍不良导体热导率的测量实验原理。
实验原理：不良导体的热导率低主要是由于其内部存在大量的热阻碍，导致热量难以在内部传导。
因此，我们可以通过测量在不同条件下不良导体的温度变化来间接评估其热导率。
实验步骤：1. 准备实验样品：选择一个具有不良导热性能的样品，如橡胶、木材等。
2. 安装测温设备：在样品的不同位置安装温度传感器，以测量样品的温度变化。
传感器的数量和位置应根据实际情况确定，以保证测量的准确性。
3. 设置实验条件：调节实验室的环境温度，以及样品表面的温度，可以通过加热或冷却来控制。
4. 开始实验：在设定的实验条件下，记录样品各个位置的温度随时间的变化。
5. 分析数据：根据测得的温度数据，计算不同位置之间的温度差，并绘制温度变化曲线。
6. 计算热导率：根据温度差、样品几何尺寸以及样品的热传导特性，可以通过热传导方程计算出样品的热导率。
实验注意事项：1. 在安装温度传感器时，要确保其与样品的接触良好，以避免测量误差。
2. 在设置实验条件时，要注意控制环境温度的稳定性，以确保实验的可重复性。
3. 在数据分析过程中，要注意排除其他因素对温度变化的影响，如辐射热量的影响等。
4. 在计算热导率时，要确保所采用的热传导方程与实际情况相符合，以保证计算结果的准确性。
实验结果分析：通过实验测得样品在不同条件下的温度变化数据，可以计算出样品的热导率。
在不良导体的情况下，热导率相对较低，导致样品的温度变化较为缓慢。
而在良导体的情况下，热导率较高，导致样品的温度变化较快。
通过对比不同样品的热导率，可以评估其导热性能的优劣。
总结：通过不良导体热导率的测量实验，我们可以评估不同材料的导热性能。
这对于材料的选择和应用具有重要意义。
不良导体热导率的测定
计算样品的热导率 热导率。 2．计算样品的热导率。
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测量散热盘的散热速率
达到稳态后，将样品取下， 达到稳态后，将样品取下， 与散热盘A 让加热盘 C 与散热盘A 直接 接触，给散热盘加热。 接触，给散热盘加热。当散热 的温度比Ｔ 高出若干度后， 盘A的温度比Ｔ2高出若干度后， T2 移走加热盘C 散热盘A 移走加热盘C。散热盘A向周围 散热，在散热盘散热的过程中， 散热，在散热盘散热的过程中， 记录一次散热盘温度， 每6０秒记录一次散热盘温度， 测得散热盘温度随时间变化的 散热盘A 散热盘A的冷却曲线图 一组数据， 一组数据，利用该数据组绘制 冷却曲线。 冷却曲线。 dT ∆T
大学物理实验
不良导体 热导率的测量
1
简介 实验原理 实验内容 基本要求
2
简 介
热导率 ：描述物质热传导性质的一个物理量。 描述物质热传导性质的一个物理量。 描述物质热传导性质的一个物理量 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。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态 方法测定。大体上分为稳态法和动态法。本实验采用稳态 法测量不良导体热导率。 测量不良导体热导率。 不良导体热导率 通过实验掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法, 通过实验掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法 掌握用稳态法测量不良导体热导率的方法 体会使用参量转换法的设计思想，了解用 体会使用参量转换法的设计思想，了解用AD590集成温度 使用参量转换法的设计思想 集成温度 传感器测量温度的方法。 传感器测量温度的方法。 测量温度的方法
n=
A
dt
T2
=
∆t
9
哪个散热盘的散 热速率大？ 热速率大？
根据热流速率与暴露在空气 中的表面积大小成正比， 中的表面积大小成正比， 可知： 可知：
不良导体的导热率的实验数据截图
一．数据采集结果：二．热导率的推导过程：公式：c λαρ=⋅⋅其中：α可确定热扩散率和分别为材料的比热容和密度束能量为Q 的脉冲光在0t =时刻照射在试样表面（试样为薄圆片状，脉冲光沿垂直于圆面的轴线方向辐照），且被试样均匀吸收，可以认为在距表面的微小距离l 内样品温升为：（9-1）（9-1）式中Q 为单位面积吸收的能量，为样品厚度且L l 。
当试样周围热损很小以至可以忽略时，可以认为侧面绝热，可用一维导热微分方程（9-2）来描述其物理过程，其中α就是试样材料的热扩散率。
由式（9-1）所列的边界条件和初条件，方程（9-2）的解为：（9-3） 在试样背面处温升可表示为：（9-4） 当t =∞时，()T L,t 达到最大，有m Q T cL ρ=。
定义()()mT l,t V L,t T =，，则： 2112(-1)(-)n n V exp n ω∞==+∑ （9-5）将（9-5）式作图表示，见图9-2。
令12V /=，求得。
将对应的时间记为12/t ，可得热扩散率：（9-6）进而有热导率：c ρ⎩⎨⎧=⋅⋅=0)0,()0,(x T l c Q x T ρ)()0(L x l l x <<<<L 22),(),(x t x T t t x T ∂∂=∂∂α)0(L x <<⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⋅+⋅⋅=∑∞=1222)ex p()()sin(cos 21),(n t L n L l n L l n L x n L c Q t x T αππππρL x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+⋅⋅=∑∞=1222)ex p()1(21),(n n t L n L c Q t L T απρ22L t απω=38.1=ω212238.1t L πα=212238.1t L c πρλ⋅⋅⋅=。
用稳态法测不良导体的热导率
用稳态法测不良导体的热导率热传导是指热量从物体温度较高部分沿着物体传到温度较低部分的方式，它是三种传热模式（热传导、对流、辐射）之一。
各种材料都能够传热，但是不同材料的热传导性能不同。
热导率又称“导热系数”，是表征材料热传导性能的基本物理量, 其定义为单位时间内通过单位面积的热能与温度梯度之比。
热导率高的材料称为热的良导体，否则为热的不良导体。
热导率受材料本身的状态、成分、结构、密度以及湿度、温度和压力等综合因素影响。
在科研、生产很多领域，材料的热导率是应用材料的一个重要指标。
目前，测量固体材料的热导率一般有两种实验方法：稳态法和动态法。
稳态法测量是基于样品内部待测热导率方向形成稳定的温度差，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样品的热导率。
动态法测量热导率是在被测样品整体达到温度均匀恒定后，加载微小的温度扰动，通过检测此温度扰动直接计算出被测样品在此恒定温度下的热导率。
稳态测量法原理清晰，计算公式简单，可用于较宽温区的测量，但测定时间较长和对环境要求较严格。
动态法测试对边界条件没有太多的要求，测试设备相对比较简单，但动态法的测试数据方法一般都比较复杂，甚至要进行复杂的数学公式进行各种修正。
本实验应用稳态法中的平板法测量不良导体的热导率，学习用物体散热速率求热导率的实验方法。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理。
2. 掌握测量冷却速率的方法，以及通过散热速率求传热速率以及热导率。
3. 了解热电偶的原理以及使用方法。
【实验原理】法国数学家、物理学家约瑟夫.傅里叶（Joseph Fourier）于1882年建立了傅里叶热传导定律，即：如果物体内部有温差存在时，热量将从物体高温部分流向低温部分，时间内流过面积的热量正比于温度梯度，其比例系数既是热导率。
其热传导的基本公式为：(1) 式中为传热速率，是与面积相垂直方向上的温度梯度，“-”号表示热量由高温传向低温。
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。
【实验目的】（1）了解掌握热传导现象的物理过程。
（2）掌握用稳态法测量不良导体热导率的原理及方法。
（3）学会测定橡胶盘的热导率。
不良导体的导热系数的测定
MCTH20 加热 上铜板 样品 下铜板
不良导体导热系数实验仪
加热 开关
Enter
+ + -
T1 T2
温度测量输入
Quit
【
实 验 内 容
】
3 打开主机背部电源开关，进入热平衡，打开加热开 打开主机背部电源开关，进入热平衡， 的数值在10分钟之内几乎不变化 分钟之内几乎不变化， 关，当T2的数值在 分钟之内几乎不变化，便可以视 为达到热平衡。记录热平衡时两盘的温度T 为达到热平衡。记录热平衡时两盘的温度 1、T2。
平衡温度以及冷却时时间、 表2.5.2 平衡温度以及冷却时时间、温度记录
热平衡时， 热平衡时，加热盘温度T1 = 冷却过程中，数据记录如下： 冷却过程中，数据记录如下：
散热盘温度T2 =
t i (s)
Ti T=T
2
t − 15 t − 10
t −5
t
T2
t + 5 t + 10 t + 15
(℃) (℃
热平衡 列表
再升温 冷却
曲线
开机后LCD显示 图2.5-4 开机后 显示
热平衡过程LCD显示 图2.5-5 热平衡过程 显示
【
实 验 内 容
】
4 热平衡后，关闭加热开关，按“QUIT”键退出，将样 热平衡后，关闭加热开关， 键退出， 键退出 品从铜板中间取出，让上铜盘贴近下铜盘，然后进入“ 品从铜板中间取出，让上铜盘贴近下铜盘，然后进入 再升温”选项直接加热下铜盘 打开加热开关）， 选项直接加热下铜盘（ ），当 再升温 选项直接加热下铜盘（打开加热开关），当T2 高于下铜盘平衡温度10度后 显示“OK”。如图 度后， 高于下铜盘平衡温度 度后，显示 。如图2.5-6所 所 箭头对应温度为下铜盘平衡温度。 示，箭头对应温度为下铜盘平衡温度。