大学物理实验-导热系数的测定
q t 2 20
由上式可见，关键是求散热盘的散热速率
移开样品，让散热盘自然散热冷却，在温度 20附近，散热盘的散热速率可以表示为：
q mc t t 2 20 2 20
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同， 引入修正系数：
Rc2 2Rc hc q mc 2R 2 2R h t t c c c 2 20 2 20 Dc 4hc 1 mc D 2h 2 t c c
检流计
加热 0°C 冰水
Et 0
电压值即为温度示数
检流计
杜瓦瓶里冰水混合物为 冷端；发热盘、散热盘 分别与冷端形成两个温 差电偶。
实验内容
1
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质 量mC，由实验室提供。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
传递的热量，单位是瓦· -1 · -1（W ·m-1•K-1），导 米 开
热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。
3、稳态法测不良导体的导热系数
~ 220 V
Ｋ
~ 110 V
电热板
发热盘 Ｑ Ｑ 橡胶盘 Ｑ 散热板
•当传入样品的热量等于 散出的热量时，样品处 于稳定导热状态。 样品内部的温度不再 随着时间变化
思考题： 课后 3，5，6
Q q t 1 10 t 2 20
稳态时样品上下表面的温度分 别为一定值10 和20
样品
实验原理
Q 1 2 A t hB
Q q t 1 10 t 2 20
10 20 q A t hB 2 20
| 2 20 测量散热板（黄铜盘）的冷却速率 t
（4）用镊子抽出橡胶盘，使发热盘A与散热盘P直
接接触，通电使散热板温度比θ20高1mv时立即分
离两板，散热盘开始自由近前后各四个数据
填入记录表，用逐差法进行处理。 ｔ／Ｓ θ/mv 用逐差法求冷却速率: 0
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 t ，
2
3
计算。
2
20
构建热传递的稳定状态 （1）调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
（2）调整电热板的供电方式,人为控制发热盘 的温度在: θ 1 = 3.50±0.03mV
（3）每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录 θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系 统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内 的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
大学物理实验
导热系数的测定
深圳大学物理科学学院
实验原理
1、热传导定律
在t时间内经Ｓ传递的热量为Q：
Q d S t dx x0
实验原理
2、导热系数
Q d S t dx x0
称为导热系数
导热系数——表示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
电风扇散热
实验装置示意图
实验原理
发热盘 样品（橡胶盘） 样品
截面面积A
hB
散热盘（黄铜盘）
样品（橡胶盘）的传热速率为：
Q 1 2 A t hB
1为样品上表面的温度， 2为样品下表面的温度，
hB为样品的厚度，A为样品的截面面积。
实验原理
稳态时:传入的热量等于散出的热量 即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率
20
2
3
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为 20时的冷却速率 ，其中t=120s。
t 2 20
4
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比 较，计算出百分比误差。
操作要点
3 1 数字电压表调 零，注意热电 偶接线。实验 过程中散热风 扇保持开启。 2 构建稳态环境， 10保持在 3.50mV±0.03 mV范围内， 测量20 测量黄铜盘的 冷却速率 时要 在20附近。
2 20
于是，导热系数为：
D 4h h 1 1 c B c 2 mc 2 t Dc 2hc 10 20 RB 2 20
实验原理
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由 于温度差而产生电动势 的现象称为温差电动势， 一般情况下，温差电动 势近似与两接触端的温 度差成正比。
30 60 90 120 150 180 210
0
120 30 150 60 180 90 210 4
数据记录和处理
1
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（ 散热板）质量mC。 记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和
由上式可见，关键是求散热盘的散热速率
移开样品，让散热盘自然散热冷却，在温度 20附近，散热盘的散热速率可以表示为：
q mc t t 2 20 2 20
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同， 引入修正系数：
Rc2 2Rc hc q mc 2R 2 2R h t t c c c 2 20 2 20 Dc 4hc 1 mc D 2h 2 t c c
检流计
加热 0°C 冰水
Et 0
电压值即为温度示数
检流计
杜瓦瓶里冰水混合物为 冷端；发热盘、散热盘 分别与冷端形成两个温 差电偶。
实验内容
1
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质 量mC，由实验室提供。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
传递的热量，单位是瓦· -1 · -1（W ·m-1•K-1），导 米 开
热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。
3、稳态法测不良导体的导热系数
~ 220 V
Ｋ
~ 110 V
电热板
发热盘 Ｑ Ｑ 橡胶盘 Ｑ 散热板
•当传入样品的热量等于 散出的热量时，样品处 于稳定导热状态。 样品内部的温度不再 随着时间变化
思考题： 课后 3，5，6
Q q t 1 10 t 2 20
稳态时样品上下表面的温度分 别为一定值10 和20
样品
实验原理
Q 1 2 A t hB
Q q t 1 10 t 2 20
10 20 q A t hB 2 20
| 2 20 测量散热板（黄铜盘）的冷却速率 t
（4）用镊子抽出橡胶盘，使发热盘A与散热盘P直
接接触，通电使散热板温度比θ20高1mv时立即分
离两板，散热盘开始自由近前后各四个数据
填入记录表，用逐差法进行处理。 ｔ／Ｓ θ/mv 用逐差法求冷却速率: 0
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 t ，
2
3
计算。
2
20
构建热传递的稳定状态 （1）调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
（2）调整电热板的供电方式,人为控制发热盘 的温度在: θ 1 = 3.50±0.03mV
（3）每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录 θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系 统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内 的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
大学物理实验
导热系数的测定
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实验原理
1、热传导定律
在t时间内经Ｓ传递的热量为Q：
Q d S t dx x0
实验原理
2、导热系数
Q d S t dx x0
称为导热系数
导热系数——表示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
电风扇散热
实验装置示意图
实验原理
发热盘 样品（橡胶盘） 样品
截面面积A
hB
散热盘（黄铜盘）
样品（橡胶盘）的传热速率为：
Q 1 2 A t hB
1为样品上表面的温度， 2为样品下表面的温度，
hB为样品的厚度，A为样品的截面面积。
实验原理
稳态时:传入的热量等于散出的热量 即，样品的传热速率等于散热盘的散热速率
20
2
3
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为 20时的冷却速率 ，其中t=120s。
t 2 20
4
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比 较，计算出百分比误差。
操作要点
3 1 数字电压表调 零，注意热电 偶接线。实验 过程中散热风 扇保持开启。 2 构建稳态环境， 10保持在 3.50mV±0.03 mV范围内， 测量20 测量黄铜盘的 冷却速率 时要 在20附近。
2 20
于是，导热系数为：
D 4h h 1 1 c B c 2 mc 2 t Dc 2hc 10 20 RB 2 20
实验原理
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由 于温度差而产生电动势 的现象称为温差电动势， 一般情况下，温差电动 势近似与两接触端的温 度差成正比。
30 60 90 120 150 180 210
0
120 30 150 60 180 90 210 4
数据记录和处理
1
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板） 的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（ 散热板）质量mC。 记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和
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精品课件-大学物理实验13-实验十三 固体导热系数的测定
不同材料的导热系数相差很大，即使是同一种材料，其导热系 数还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。因 此，材料的导热系数常常需要通过实验的方法来测定。
测量方法：稳态法和动态法两类基本方法。本实验用稳态法测 定不良导热体——硅橡胶的导热系数。
发热铝盘 硅橡胶盘 散热铜盘
温度传感器
实验仪器
游标卡尺 电子天平
手套
传感器 温度显示
计时
发热盘 温 加度 热显 上示 限 温度设定
风扇开关 加热开关
导热系数
S
T1
h
待测硅橡胶盘
Q
（热流量）
t
傅立叶导热方程式
Q S (T1 T2 )
t
h
T2 所需测量量
单位：W/(m K)
1 Cal /(s cmC) 418.68W /(m K)
Δ Δ
Q t
、
h
、
T1、
T2、
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
----谢谢大家！！
This color schlieren image reveals thermal convection from a human hand (in silhouette
导热系数是表征物质热传导性质的物理量，其测定有着重要的 实际意义（如房屋设计）。
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。导热系数低于0.22 W/（m·K）的一些固体材料 称为绝热材料。
实验十三 固体导热系数的测定
热传导 热对流 热辐射
热传递
热传导
热传导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。实质是由大量分子、原子或电子的 相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较 低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、 液体中它往往与对流同时发生。各种物质的热传导性能不同， 热传导过程的基本定律是博里叶定律。
测量方法：稳态法和动态法两类基本方法。本实验用稳态法测 定不良导热体——硅橡胶的导热系数。
发热铝盘 硅橡胶盘 散热铜盘
温度传感器
实验仪器
游标卡尺 电子天平
手套
传感器 温度显示
计时
发热盘 温 加度 热显 上示 限 温度设定
风扇开关 加热开关
导热系数
S
T1
h
待测硅橡胶盘
Q
（热流量）
t
傅立叶导热方程式
Q S (T1 T2 )
t
h
T2 所需测量量
单位：W/(m K)
1 Cal /(s cmC) 418.68W /(m K)
Δ Δ
Q t
、
h
、
T1、
T2、
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持！
----谢谢大家！！
This color schlieren image reveals thermal convection from a human hand (in silhouette
导热系数是表征物质热传导性质的物理量，其测定有着重要的 实际意义（如房屋设计）。
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。导热系数低于0.22 W/（m·K）的一些固体材料 称为绝热材料。
实验十三 固体导热系数的测定
热传导 热对流 热辐射
热传递
热传导
热传导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。实质是由大量分子、原子或电子的 相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较 低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、 液体中它往往与对流同时发生。各种物质的热传导性能不同， 热传导过程的基本定律是博里叶定律。
《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
少数热运动能量大的电子可能逸出表面
自由电子出来进去 动态平衡
一层电子气， 一个电偶层（约10 -10m厚）
电子要逸出金属，必须克服金属表面层内正离子晶体 点阵势井和表面电偶层电场作功，称为逸出功。 10
逸出功与表层电势差的关系为 A=eU*
不同金属的逸出功A不同，逸出 电势U*不同。
2、自由电子数密度不同
“电子气”扩散，金属2中的电子将 多于金属1中的电子。
接触电势差为 U12 (T, n1 ,n2 )
接触面上有一种把正负电荷拉开的非静电力，相当 于一个电源，其电动势
= U12(T, n1 , n2)
11
温差电现象：把两种金属接成闭合回路，若两个接
点A、B处的温度相同，则回路中无电动势；若两 个接点A,B处的温度不同，则回路中有电动势，也 有电流。
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
9
热电偶测温原理
介绍概念：接触电势差 温差电现象 接触电势差：两种不同的金属接触时会出现电势差
产生的原因：逸出功不同,自由电子数密度不同. 1、逸出功 金属表面层内存在着一种阻止电子逸出 表面的作用力 正离子晶体点阵势井
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面（x=0）的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
8
实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热， 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等
自由电子出来进去 动态平衡
一层电子气， 一个电偶层（约10 -10m厚）
电子要逸出金属，必须克服金属表面层内正离子晶体 点阵势井和表面电偶层电场作功，称为逸出功。 10
逸出功与表层电势差的关系为 A=eU*
不同金属的逸出功A不同，逸出 电势U*不同。
2、自由电子数密度不同
“电子气”扩散，金属2中的电子将 多于金属1中的电子。
接触电势差为 U12 (T, n1 ,n2 )
接触面上有一种把正负电荷拉开的非静电力，相当 于一个电源，其电动势
= U12(T, n1 , n2)
11
温差电现象：把两种金属接成闭合回路，若两个接
点A、B处的温度相同，则回路中无电动势；若两 个接点A,B处的温度不同，则回路中有电动势，也 有电流。
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
9
热电偶测温原理
介绍概念：接触电势差 温差电现象 接触电势差：两种不同的金属接触时会出现电势差
产生的原因：逸出功不同,自由电子数密度不同. 1、逸出功 金属表面层内存在着一种阻止电子逸出 表面的作用力 正离子晶体点阵势井
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面（x=0）的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
8
实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热， 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等
大学物理实验导热系数的测定
实验内容
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质量mC，由实验室提供。
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
调整电热板的供电方式,人为控制发热盘的温度在:
每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，引入修正系数：
于是，导热系数为：
实验原理
0°C 冰水
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温度差成正比。
检流计
加热
检流计
电压值即为温度示数
杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温差电偶。
θ/mv
210
180
150
120
90
60
30
0
ｔ／Ｓ
用逐差法求冷却速率:
数据记录和处理
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（散热板）质量mC。
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为20时的冷却速率 ，其中t=120s。
记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和20
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比较，计算出百分比误差。
操作要点
1
数字电压表调零，注意热电偶接线。实验过程中散热风扇保持开启。
2
构建稳态环境， 10保持在3.50mV±0.03mV范围内，测量20
不良热导体导热系数的测定实验报告
实验所测不良热导体的导热系数为： 0.141W/(m·k) 与参考值比较的相对误差为： E 9.6% 分析讨论
1.实验误差主要来源于对直径、高度和质量的测定，以及实验中测定散热速率方法造成的误差。 2.如果实验中板之间接触不好出现空气夹层，会使得传导速率减小从而增大温差，给实验带来误差。 为了减小空气层的影响，使用前将上下两个铜盘擦干净，以保证良好接触。
T (℃)
61.00
60.75
60.50
60.25
59.75
60 63.00 160 59.50
70 62.25 170 59.00
80 62.00 180 58.25
90 61.75 190 57.75
100 61.25 200 57.00
根据表 2 绘制时间与温度曲线如下图所示
图 1 温度随时间变化曲线
平衡，按“Enter”键确定，显示“OK”后记录平衡温度 T 1 、 T 2 。
3. 热平衡后，关闭加热开关，按“Quit”键退出，让上下铜盘直接接触，进入“再升温”选项，当 T 2 高于
下铜盘平衡温度 10℃后，显示“OK”。
4. 在升温后按“quit”键退出，取走加热盘，进入“冷却”选项，待冷却过程结束后，在 T 2 附近，上下各
(
0.0387)
Байду номын сангаас
0.141W/(m·k)
对于实验室温度为 293.15K，可求出此时不良导体导热系数的参考值：
0.140(
293.15
)
3 2
0.156
W/(m·k)
273.15
将计算值与参考值进行比较，计算相对误差：
E
100%
0.141 0.156 100% 9.6% 0.156
导热系数的测定
实验4—7 导热系数的测定热传导是热量交换（热传导、对流、辐射）的三种基本方式之一，导热系数（又称热导率）是反映材料热传导性质的物理量，表示材料导热能力的大小。
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，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量有关。
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。
物体按导热性能可分为良导体和不良导体。
对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的流体在某段时间内通过的热量。
对于不良导体则用稳态平板法测量其导热系数。
所谓稳态即样品内部形成稳定的温度分布。
本实验就是用稳态法测量不良导体的导热系数。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，巩固和深化热传导的基本理论。
2. 学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数。
3. 学会用作图法求冷却速率。
4. 了解实验材料的导热系数与温度的关系。
【实验原理】1. 导热系数根据1882年傅立叶（J.Fourier ）建立的热传导理论，当材料内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传向低温处，这时，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：dS dzdT dt dQ λ-= （4-7-1） 式中，dtdQ 为传热速率；dz dT 为与面积dS 相垂直方向上的温度梯度，负号则表示热量从高温处传到低温处；λ为导热系数。
在国际单位制中，导热系数的单位为-1-1W m K ⋅⋅。
2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数设圆盘B 为待测样品，如图4-7-1所示，待测样品B 、散热盘C 二者的规格相同（其位置如图4-7-2所示），厚度均为h 、截面积均为S （2S D π=，D 为圆盘直径），圆盘B大学物理实验 78 上下两面的温度1T 和2T 保持稳定，侧面近似绝热，则根据（4-7-1）式可知传热速率为： S h T T S h T T dt dQ 2112-=--=λλ （4-7-2） 为了减小侧面散热的影响，圆盘B 的厚度h 不能太大。
《大学物理实验》教案实验1测定不良导体的导热系数
实验1 测定不良导体的导热系数一 引语 (Introduction )热量的传输方式有多种，如辐射、对流、传导等。
对于固体材料而言，热传导是热量传输的方式之一，它是物体直接接触温度不均匀时而产生的。
导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；在工程技术方面是不可缺少的。
如熔炼炉、传热管道、散热器、加热器，以及日常生活中水瓶、冰箱等都要考虑它们的导热程度大小。
所以，对导热系数的研究和测量就显得很有必要。
我们把导热系数大、导热性能较好的材料称为良导体；而把导热系数小，导热性能较差的材料称为不良导体。
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。
本实验仅介绍一种比较简单的利用稳态法测不良导体的导热系数的实验方法。
稳态法是通过热源在样品内部形成一稳定的温度分布后，用热电偶测出其温度的方法。
二 实验目的 (Purpose)1．掌握稳态法测不良导体的导热系数的方法。
2．了解物体散热速率和传热速率的关系。
3．理解温差热电偶特性。
三 实验仪器 (Instruments)红外灯、传热筒、杜瓦瓶、温差电偶、待测橡胶样品、调压器、数字电压表、硅油、停表。
图 1 导热系数测定仪装置图杜瓦瓶样品数字电压表热电偶四 实验原理 (principle)1. 热传导方程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。
测定导热系数的原理是法国数学、物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热方程式。
该方程式指出，在物体内部，垂直于导热方向上，二个相距为h ，面积为A ，温度分别为1θ、2θ的平行平面，在t ∆秒内，从一个平面传到另一平面的热量Q ∆，满足下述表达式：ht QA 21θθ∆∆λ-= (2-6-1)式中tQ ∆∆为传热速率，A 为样品面积，h 为样品厚度，1θ、2θ分别为样品上下表面温度，λ为该物体的导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差一个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所传递的热量。
导热系数的测定
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
当样品上下表面温度可以认为是均匀分布，且样品 盘厚度h1不很大可忽略样品侧面散热的影响时，傅立叶 热传导定律可改写为：
Q T1 T2 S t h1
当T1、T2稳定时，通过样品的传热率和黄铜盘向 侧面和下表面的散热率相同。
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
物理实验教学示范中心
实验4 导热系数的测定
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
前言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论
杭州电子科技大学
物理实验教学示范中心
前言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的一个重
要参数，在科学实验和工程技术中都要涉及这个参数。
材料按导热性能，可分为良导体和不良导体，通常导电 材料大部分是热的良导体。导热系数的测定大体上分为 稳态法和动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数 的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热系数。本 实验采用稳态平板法测量材料导热系数。
T mc t
T2 T20
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式中
k
T t
T2 T20
k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，c是黄 铜比热（c=3.77102J/kgk）。 那么样品的导热系数
m ckh 4m ckh 1 1 2 sT1 T2 d T1 T2
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仪器简介
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固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜 盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上 再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度 T1、T
２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中
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当样品上下表面温度可以认为是均匀分布，且样品 盘厚度h1不很大可忽略样品侧面散热的影响时，傅立叶 热传导定律可改写为：
Q T1 T2 S t h1
当T1、T2稳定时，通过样品的传热率和黄铜盘向 侧面和下表面的散热率相同。
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实验4 导热系数的测定
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前言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论
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前言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的一个重
要参数，在科学实验和工程技术中都要涉及这个参数。
材料按导热性能，可分为良导体和不良导体，通常导电 材料大部分是热的良导体。导热系数的测定大体上分为 稳态法和动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数 的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热系数。本 实验采用稳态平板法测量材料导热系数。
T mc t
T2 T20
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式中
k
T t
T2 T20
k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，c是黄 铜比热（c=3.77102J/kgk）。 那么样品的导热系数
m ckh 4m ckh 1 1 2 sT1 T2 d T1 T2
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仪器简介
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固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜 盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上 再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度 T1、T
２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中
大学物理实验——准稳态法测量不良导体的导热系数和比热PPT
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面（x=0）的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
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实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热， 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等
热偶丝较细，注意保护，加热面热偶横梁任何情 况下都禁止取下。
直流恒压源严谨短路。 实验结束后，松开仪器，以免泡沫挤压变形。
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问题探讨
实际上，我们只需测量一块样品的热流密度及端 面温升速率，进而求出导热系数和比热。那么本 实验为何使用四块样品，能否只用两块或一块？
本实验中准稳态会无限保持下去吗？为什么不是 时间越长实验数据越好？
± (2.0%+5) 1×10-3=0.024
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2.热导实验
检查4个热电偶（测其电阻，记录） 材料 ；室温t0= ；加热器r/2= ； 加热电压U加热初始= ；加热电压U加热结束= ； 加热电压U加热平均= ；
τ（min） 0 1 2
…
25
中心面温度
…
U(t1tc)
温差U(t2t1)
…
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注意事项
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
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热电偶测温原理
介绍概念：接触电势差 温差电现象 接触电势差：两种不同的金属接触时会出现电势差
导热系数测定设计性实验
Ｓ ， 体 厚 度 为 Ｈ，四 周 保 护 层 的 厚 度 均 为 ）整
Ｈ Ｈ Ｈ） 待测 液体 导热 系数 为 ， 护层 材 （ 《 ， 保
２ ２ 测量 复合材 料导 热 系数 ．
在实 际应 用 中 ， 多 材料并 不 是单一 的 ， 很 如图
料导 热 系数为 ， 们 的总体 导热 系数 为 。 它
导 热 系数 测 定 设 计 性 实验
唐 小村
（ 海 工学 院 ， 淮 江苏 连 云 港 ２２０） ２ ０ ５
摘
要 ： 热 系 数 测 定 是 大 学 物 理 热 学 中 比较 重 要 的 实 验 ， 稳 态 法 测 量 不 良导 体 导 热 系 数 的 原 导 对
理 和 实 验 方 法 进 行 研 究 ， 于 不 同形 态 的导 热 材 料 ， 出 了几 种 可 行 的实 验 方 案 。 实验 内 容 和 测 量 结 果 对 提 符 合 设 计 性 实 验 要 求 ， 助 于 启 发 学 生 的创 新 意识 。 有
：
ｄ
后， 将加 热盘 Ａ移 开 ， Ｃ盘 自然冷 却 ， 隔一 定 让 每
的时 间间 隔采集 一 个 温度 值 ， 到 其 温度 下 降 低 直 于丁约１ ， ２ ０℃ 由此 求 出铜盘 Ｃ在 温 度 Ｔ 附 近的 ２ 冷 却速 率 （ 即温度 变 化 率 ） 由于 物体 的冷 却 速 率 。
～ Ｈ ～
法 对学 生具 有启 发 性 ， 大 学 物理 实 验 教 学 中可 在 以作为设 计 性实 验 进 行 开展 ， 以巩 固和 深 化 热 传
导 的基本 理 论 ， 发学 生创新 意识 。 激
参 考文 献 ：
［］ Ｂ Ｒ １ Ｅ ＭＡＮＲ Ｔｈ ｒ ｌ ｏ ｄ ｃｉ ｏｉｓ Ｍ］ ０ － ． ｅｍａ Ｃ ｎ ｕ ｔ ｎｉ Ｓ ｌ ［ ． ｘ ｏ ｎ ｄ
华科大大学物理实验_稳态法测固体的导热系数实验
• 测量导热系数的方法分稳态法和非稳态法两大类 • 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的方法。 • 非稳态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随 时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散率再利 用物体已知的密度和比热，求得导热系数。 • 测量导热系数方法很多，没有哪一种测量方法适 用于所有的情形，对于特定的应用场合，也并非所 有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于 物体的导热系数范围和样品特征，选择正确的测量 方法。本实验采用稳态平板法测量物体的导热系数 ，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性 。 6
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4．测量稳态温度：打开加热开关，每隔2分钟记下散 热铜盘C的温度，当发热铝盘A、散热铜盘C的温度不 再上升时（大约需要加热35分钟左右），说明系统己 达到稳态，这时每隔 5 分钟测量并记录T1和T2的值。 5.散热速率的测量：在读得稳态时的T1、T2后，即可 将 B 盘移去，而使发热铝盘 A 的底面与散热铜盘 C 直 接接触。当 C盘的温度上升到高于稳态时的T2值若干 摄氏度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘 A 移开，让 散热铜盘 C 自然冷却。测量散热盘的温度T随时间 t 的 变化关系，每隔30秒记录一次温度T，直至温度到T2之 下若干摄氏度为止。根据测量值可以计算出C盘散热速 率。 6．如果还要测量另一种材料的导热系数，可打开轴流 式风扇，待散热盘C的温度接近室温后再关上风扇。接 下来重复步骤2～5即可。
• 控制器面板布置图（见图）：例如 需要设置加热温度为60℃，具体操 作步骤如下： • 1．先按设定键SET 0.5秒，进入温 度设置数。数字闪烁的位数即是可 以进行调整的位数。 • 3．按上调键或下调键确定这一位 数值，按此办法，直到各位数值符 合设定温度值。 • 4．再按设定键SET 1次，设定工作 完成。如需要改变温度设置，只要 重复以上步骤就可。