物理实验报告-稳态法导热系数测定实验
稳态法导热系数测量实验原理
稳态法导热系数测量实验原理导热系数是衡量物质导热性能的重要物理量，它描述了物质传热的能力。
稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，在实验中通过测量样品两侧的温差和导热平衡时的热流量，可以准确计算出导热系数。
稳态法实验原理基于热传导定律和热阻的概念。
根据热传导定律，物体内部的热传导速率与温度梯度成正比，且与物体的导热系数成反比。
而热阻则表示物体阻碍热传导的程度，是热传导速率与温度差的比值。
稳态法实验利用了这两个概念，通过测量样品两侧的温度差和热流量，求解出热阻，再通过已知的样品尺寸和热阻，计算得到导热系数。
稳态法实验的主要步骤如下：1. 准备样品：选择具有一定导热性能的样品，如金属棒或热绝缘材料。
样品的尺寸和形状应符合实验要求，以保证实验结果的准确性。
2. 搭建实验装置：将样品固定在两个热源之间，保证样品两端与热源接触良好。
同时，通过绝缘材料隔离样品与外界的热交换，以确保实验过程中的稳态条件。
3. 测量温度差：在样品两端分别安装温度传感器，实时监测样品两侧的温度。
在稳态条件下，记录下样品两侧的温度差，作为后续计算的基础数据。
4. 测量热流量：通过热量计或热电偶等仪器，测量样品两侧的热流量。
在稳态条件下，热流量恒定不变，可以准确记录。
5. 计算热阻：根据热阻的定义，热阻等于温度差与热流量的比值。
将测得的温度差和热流量代入计算公式，得到样品的热阻。
6. 计算导热系数：已知样品的尺寸和热阻，可以通过热传导定律的公式，计算出样品的导热系数。
在稳态法导热系数测量实验中，需要注意以下几点：1. 保持稳态条件：为了获得准确的测量结果，实验过程中必须保持稳态条件。
即样品两侧的温度差和热流量保持恒定不变。
2. 考虑热辐射：在实验中，需要考虑样品与周围环境之间的热辐射问题。
通过合理选择绝缘材料和控制环境温度，减小热辐射对实验结果的影响。
3. 样品的选择：不同的样品具有不同的导热性能，选择合适的样品对于实验结果的准确性至关重要。
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量（一）【实验目的】用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
【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【实验原理】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T 1、T 2的平行平面（设T 1>T 2），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：hT T S t Q )(21-=∆∆λ （3-26-1） 式中，tQ ∆∆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T 1、T 2，T 1、T 2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221)(B BR h T T t Q πλ-=∆∆ (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，T 1和T 2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tQ ∆∆。
实验中，在读得稳定时T 1和T 2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T 2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。
稳态法导热系数测量实验报告
稳态法导热系数测量实验报告实验目的：利用稳态法测量材料的导热系数。
实验原理：稳态法是一种测量物质导热性质的方法，利用稳定的热传导过程来确定材料的导热系数。
稳态法的基本原理是根据热传导定律，当热传导达到稳定时，各层的热流量相等。
根据热传导定律可以得到以下公式：q = k * A * (T2 - T1) / d其中，q为单位时间内通过材料某一横截面的热流量，k为材料的导热系数，A为热流通过的横截面积，T1为热流起点的温度，T2为热流终点的温度，d为热流的传播距离。
实验步骤：1. 准备实验装置，将待测材料样品剪制成适当大小，并用绝缘材料包裹，以减少热流的散失。
2. 将样品放置在导热盘上，保证样品与导热盘接触良好。
3. 通过电源调节导热盘的加热功率，使得样品上下两侧的温度差较大，但保持稳定。
4. 使用热电偶测量样品上下两侧的温度，记录两侧温度差ΔT。
5. 测量导热盘的尺寸并计算出热流通过的横截面积A。
6. 根据公式q = k * A * ΔT / d，计算出材料的导热系数k。
实验结果：根据实验数据计算出材料的导热系数k。
实验讨论：分析实验结果，讨论实验误差及其可能的来源。
结论：根据实验结果和讨论，得出关于材料导热系数的结论，并对实验进行总结。
实验注意事项：1. 实验中要保持恒定的外部环境温度，以减少外界因素对实验结果的影响。
2. 导热盘加热时要注意控制加热功率，避免样品温度过高导致结果不准确。
3. 热电偶要保持良好的接触，避免温度测量误差。
4. 实验结束后要将实验装置清理干净，保养各种仪器设备。
参考文献：[1] xxxx. 热传导与导热系数测量实验报告[M]. 北京：xx出版社，2000.以上是稳态法导热系数测量实验报告的基本内容，具体根据实验的具体要求和实验数据进行修改和补充。
导热系数的测定实验
本实验装置如图1所示，固定于底上的三个测微螺旋头支撑着一铜散 热盘P，在散热盘P上，安放一待测的圆盘样品B，样品B上再安放一 圆筒发热体，圆筒发热体由电热板提供热源，实验时一方面发热体 底盘A直接将热量通过样品上平面传入样品，另一方面散热盘P籍电 扇有效稳定地散热 ，使传入样品的热量不断往样品的下平面散出， 当传入的热量等于散出的热量时样品处于稳定导热状态，这时发热 盘A与散热盘P的温度为一定的数值。
每隔2分钟记下样品上下圆盘A和P的温度θ1 和θ2的数值，待θ2的
数值在10分钟内不变即可认为已达到稳定状态，记下此时的θ1 和
θ2值。
2、测金属的导热系数时θ1 , θ2值为稳态时金属样品上下两个面的温
度，此时散热盘P的温度为θ3 值。因此测量P盘的冷却速率应为:
t | 3
Байду номын сангаас
、
h
1
mc t |3 1 2 R2
测θ3值时可在θ1、θ2达到稳定时，将上面测θ1 或θ2的热电偶移下来进行测量。
3、圆筒发热体A盘侧面和散热盘P的侧面，都有供安插热电偶的小孔，安
放发热盘时此二小孔都应与真空保温杯在同一侧，以免路线错乱。热
电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，保证接触良好。
热电偶冷端插入浸于冰水中的细玻璃管内，玻璃管内也要灌入适当的
t
h
（2）
式中h为样品厚度，R为圆盘样品的半径，λ为样品热导率、θ1 、θ2 分别为稳态时样品上下平面的温度。
实验时，当传热达到稳态时，θ1 、θ2的值将稳定不变，这时可以认为 发热盘A通过圆盘样品上平面传入的热量与由散热盘P向周围环境散热的
速率相等。因此可通过散热盘P在稳定温度θ2时的散热速率求出热流量 ΔQ/Δt，方法如下，当读得稳态时的θ1 、θ2后，将样品B盘抽去，让 发热盘A的底面与散热盘P直接接触，使盘P的温度上升到比θ2高出1mV左 右时，再将发热盘A移开，放上圆盘样品（或绝缘圆盘），让散热盘P冷
实验八 准稳态法测量比热和导热系数
实验八 准稳态法测量比热和导热系数热传递的三种基本方式包括热传导，热对流和热辐射，而衡量物质热传导特性的重要参数是物质的比热和导热系数。
以往对于比热和导热系数的测量大都使用稳态法，但是该方法要求温度和热流量均要稳定，因而要求实验条件较为严格，从而导致了该方法测量的重复性，稳定性及一致性差，误差大。
该实验采用一种新的测量方法，即准稳态方法，实验过程中只要求被加热物质的温差恒定和温升速率恒定，而不必通过长时间的加热达到稳态，就可以通过简单的计算得到该物质的比热和导热系数。
比热定义为单位质量的某种物质，在温度升高或降低1度时所吸收或放出的热量，叫做这种物质的比热，单位为J/(kg·K)，它表征了物质吸热或者放热的本领。
导热系数定义为单位温度梯度下，单位时间内由单位面积传递的热量，单位为W/(m·K)，即瓦/(米·开)，它表征了物体导热能力的大小。
了解物质的热力学特性有很多应用，如了解土壤或岩石的热力学特性有助于人们了解该地区的大气环境特征。
了解混凝土制品的比热和导热系数有助于人们了解材料的保温特性，开发更好保温或隔热材料。
了解玻璃建筑材料的比热和导热系数，有助于人们研究和开发更加保温以及安全的玻璃制品。
交通方面，由于道路结构处于不断变化的温度环境中，了解沥青或沥青混合料的热力学特性参数，能够使人们精确的模拟道路结构温度场，了解不同状况下道路材料对于各种交通工具的影响。
了解橡胶的热力学特性参数，有助于人们开发出更加安全的交通道路和轮胎材料。
【实验目的】1. 了解利用准稳态方法测量物质的比热和导热系数的原理；2. 学习热电偶测量温度的原理和使用方法。
【实验仪器】1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪；2. 实验样品包括橡胶和有机玻璃各一套，(每套四块），加热板两块，热电偶两只，导线若干，保温杯一个。
【实验原理】1. 准稳态法测量原理考虑如图8-1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2R ，初始温度为t 0，现在平板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度q c ，则平板各处的温度t (x ,τ)将随加热时间τ而变化。
实验报告 导热系数的测量
系统误差
仪器误差：
1.测量长度时用到了游标卡尺，其有最小精度，带来测量误差。
2.温度无法达到稳定，总会有一定的波动。
3.质量的测量精度太低。
随机误差：
1.读温度和长度时有随机因素使得测量不精确。
【注意事项】
1.上下铜盘侧面的小孔内要放置导热性能好的油脂，如黄油等，热电偶要完全插入油中底部，以保持热电偶接点和铜盘接触良好。
(4)本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约为4.0mV，故应该配用量程0~10mV，并能精确到0.01mV的数字电压表。由于热电偶冷端温度为0℃，对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不太大时，其温差电动势（mV）与待测温度（℃）的比值为一个常数，因此，可以直接用电动势值代表温度值。
82.1
82.1
T2（℃）
58.3
58.2
58.0
58.3
58.2
散热速率：每间隔30s测一次
时间/s
0
30
60
90
120
150
180
210
T3（℃）
63.9
63.2
62.5
61.8
61.1
60.4
59.7
59.1
线性拟合曲线T=-0.02306t+63.88
K=-0.02306℃/s
将数据代入λ= =0.1657Wm-1K-1
B为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物B向低温铜盘传递。若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，则热量只沿着垂直B的方向传递。那么，在稳定导热（即温度场中的各点的温度不随时间而变）的情况下，在∆t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为∆Q=-λ S∆t，式中，∆T为匀质圆板两板面的恒定温差。若把其写成∆Q/∆t=-λ S的形式，那么∆Q/∆t为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，即可求出λ。
稳态法测定导热系数实验报告
稳态法测定导热系数实验报告实验名称：稳态法测量不良导体的导热系数实验目的：1.掌握用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数；2.学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。
实验仪器：FD－TC－B导热系数测定仪，游标卡尺实验原理：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，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则由（1)式得：（2）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C通过样品传递的热流量与散热盘P向周围环境散热量相等，因此可以通过散热盘P在稳定温度时的散热速率来求出热流量实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度和后，将样品B抽去，让加热盘C与散热盘P接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的值20℃或者20℃以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度随时间t的下降情况，求出散热盘在时的冷却速率则散热盘P在时的散热速率为：（3）其中m为散热盘P的质量，c为其比热容。
在达到稳态的过程中，P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P的散热速率的表达式应作面积修正：（4）其中为散热盘P的半径。
为其厚度。
由(2)式和(4)式可得：（5）所以样品的导热系数为：（6）实验仪器实验内容(1)取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，橡皮样品要求与加热盘散热盘完全对准；要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。
稳态法测导热系数实验报告
一、实验目的1. 理解稳态法测量导热系数的基本原理。
2. 掌握稳态法测量导热系数的实验步骤和操作技巧。
3. 通过实验，了解不同材料的导热性能差异。
4. 分析实验结果，验证理论公式，提高实验数据处理能力。
二、实验原理稳态法测量导热系数的原理基于傅里叶热传导定律。
在稳态条件下，物体内部的热量传递达到平衡，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。
其数学表达式为：\[ q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \]其中，\( q \) 为热流密度（单位：W/m²），\( k \) 为导热系数（单位：W/(m·K)），\( A \) 为传热面积（单位：m²），\( \frac{dT}{dx} \) 为温度梯度（单位：K/m）。
通过测量物体两侧的温度差和物体厚度，即可计算出导热系数。
三、实验仪器与材料1. 导热系数测试仪2. 铝合金样品3. 热电偶4. 数据采集卡5. 实验台6. 温度计7. 计算机等四、实验步骤1. 将铝合金样品放置在实验台上，确保样品与实验台接触良好。
2. 将热电偶分别固定在样品两侧，并调整位置，使热电偶与样品表面紧密接触。
3. 打开导热系数测试仪，预热一段时间，使仪器达到稳态。
4. 启动数据采集卡，记录热电偶测量的温度数据。
5. 持续采集温度数据，直至数据稳定，即达到稳态。
6. 关闭数据采集卡，停止实验。
7. 将采集到的温度数据导入计算机，进行数据处理。
五、数据处理1. 计算样品两侧的温度差 \( \Delta T \)。
2. 计算样品厚度 \( L \)。
3. 根据公式 \( q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \)，将 \( \Delta T \)、\( L \) 和 \( A \) 代入，求解导热系数 \( k \)。
六、实验结果与分析通过实验，测量得到铝合金样品的导热系数为 \( k = 237 \, \text{W/(m·K)} \)。
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稳态法导热系数测定实验
一、实验目的
1、通过实验使学生加深对傅立叶导热定律的认识。
2、通过实验，掌握在稳定热流情况下利用稳态平板法测定材料导热系数的方法。
3、确定材料的导热系数与温度之间的依变关系。
4、学习用温差热电偶测量温度的方法。
5、学习热工仪表的使用方法
二、实验原理
平板式稳态导热仪的测量原理是基于一维无限大平板稳态传热模型，这种方法是把被测材料做成比较薄的圆板形或方板形，薄板的一个表面进行加热，另一个表面则进行冷却，建立起沿厚度方向的温差。
三、实验设备
实验设备如图2所示。
图2 平板式稳态法导热仪的总体结构图
1.调压器
2.铜板
3.主加热板
4.上均热片
5.中均热片
6.下均热片
7.热电偶
8.副加热板
9.数据采控系统10.温度仪表
11.试样装置12.循环水箱电位器13.保温材料14.电位器
键盘共有6个按键组成，包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键，“±”正负号转换键，“RST”复位键，“ON/OFF”开关键。
数据键：根据不同的功能对相应的数据进行加减，与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用。
“±”正负号转换键：当“±”正负号转换键为“+”时，在原数据基础上加相应的数值；为“-”时，减相应的数值。
“RST”复位键：复位数据，重新选择。
控制板上的四个发光二极管分别对应四路热电偶，发光二极管发光表示对应的热电偶接通。
由一台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压，电位器对每路输出电压进行调整，作为两个加热板的输入电压。
四、实验内容
1、根据提供的实验设备仪器材料，搭建实验台，合理设计实验步骤。
调整好电加热器的电压(调节调压器)，并测定相关的温度及电热器的电压等试验数据。
2、对测定的实验数据按照一定的方法测量进行数据处理，确定材料的导热系数与温度之间的依变关系公式。
3、对实验结果进行分析与讨论。
4、分析影响制导热仪测量精度的主要因素。
5、在以上分析结论的基础之上尽可能的提出实验台的改进方法。
五、实验步骤
1、利用游标卡尺测量试样的长、宽、厚度，测试样3个点的厚度，取其算术平均值，作为试样厚度和面积。
2、测量加热板的内部电阻。
3、校准热工温度仪表。
4、向水箱内注入冷却水。
5、通过调整电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率，通过4位“LED”显示主加热板和副加热板的温度，根据主加热板的温度，调整电位器改变施加在副加热板的电压，使副加热板的温度与主加热板的温度一致。
利用数字电压表测量并记录主加热板电压。
6、在加热功率不变条件下, 试样下表面和循环水箱下表面的温度波动每5min不超过±1℃时，认为达到稳态。
此时，记录主加热板温度、试样两面温差。
7、通过数据键输入试样面积、厚度等相关参数，由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数。
8、改变电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率件，重复步骤(5至7)测量并记录多个温度下的材料导热系数。
9、关掉电源。
六、实验要求
1、采用精度不低于0. 05 mm的厚度测量工具(游标卡尺)，沿试样四周测量四处的厚度，取其算术平均值，作为实验前试样厚度。
2、用酒精将试件及均热片擦洗干净并晾干，晾干后在其上均匀涂抹导热油。
3、用调压器将电压调至一定值，保持不变，经一段时间后，待跟试件上下表面接触的铜片各点温度为一定值时，即导热过程达到稳定后记录各点温度及电热器的电压。
4、改变电加热器的电压(调节调压器)，即改变电热器热量使之维持在另一个数值上，跟试件上下表面接触的铜片各点温度达到新的稳定状态后，重复第3项的测量。
5、用最小二乘法计算不同橡胶材料的导热系数随温度变化的关系式。
五、实验报告要求
1、材料温度可取材料上下表面温度的平均值，即，其中：Tw1为试样材料下表面温度，Tw2为试样上表面温度。
2、实验报告需用专用的实验报告用纸进行书写；
3、实验报告中必须包含实验目的和实验步骤；
4、实验报告中必须包括实验数据的记录；
5、实验报告中必须包括实验数据处理的具体步骤，并有材料的导热系数随温度变化的关系式及关系曲线图；
6、实验报告中必须有对实验数据结果的分析。