实验指导书(准稳态法测定材料的导热系数)
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数方案
分析：
由傅里叶定律可知，要想得出材料的导热系数，首先得知道通过材料上的热流密度q 及其材料的温度变化率/t x 。
热流密度是指单位时间内通过单位面积的热量，热量可由电功率计算，即可通过电压电流表间接测出，面积可由尺具测出。
温度变化率可由测温仪器和计时表测出。
热源可由温度可控的电热管提供。
测量方案：
1. 主要实验器材
电热管、保温箱、电流表、电压表、测温器、计时表
2. 实验步骤：
1.前期准备
检查实验设备能否正常工作，对于固体工件可对其表面进行打磨处理，减少工件表层氧化膜对工件正常导热造成影响，对于液体材料要保证装乘器皿要足够清洁，同时应将实验处的门窗关上，减小实验误差。
2.测量材料导热面积和温度
使用尺具测量材料的边界温度并计算出其面积A ，使用测温仪器测量出材料的初始
中心温度0T
3.加热材料
将电热管的加热温度设定为T 并在保温箱里对材料进行加热，同时用计时表开始计
时，每格t 便对材料的中心处进行温度测量，记录下相应的温度12,,n T T T ……并对
所测得的温度值进行观察。
4.测量热流量
当材料被加热一段时间后，当材料温度超过某一个测得温度后不在升高或者变化幅
度很小的时候，再测5组温度值，并用电流电压表测出材料两端的电流I,电压V 。
5.结束测量
关掉电源停止加热，清理实验设备。
3. 数据处理
将最后测得的5组温度值取平均数得T ，并求出从初始加热到倒数第6组温度所需
要的时间t,则材料的导热系数为：
/(/)IU A T t λ=-
4. 结论
将所测得的温度与标准值进行对比并分析误差。
准稳态法测量比热和导热系数
准稳态法测量比热和导热系数
比热和导热系数是材料物理性质中的两个重要参数。
比热是指单位质量物质在温度变
化下吸收或释放的热量，而导热系数是指在温度梯度下单位面积材料所传导的热量。
准稳
态法是一种常用的测量比热和导热系数的方法。
准稳态法的原理是将材料置于热源和冷源之间，使其温度从热源端到冷源端逐渐降低。
在稳态时，材料的温度分布和热流分布达到了平衡状态，此时材料的导热系数和比热可通
过测量温度和热流来计算得到。
具体实验步骤如下：
1.在实验装置的热源端和冷源端分别接上热源和冷却器，并在中间加装被测材料。
2.启动热源和冷却器，使其保持恒定的温度。
3.通过热电偶等温度计测量被测材料的温度分布。
通常可以在材料表面粘贴一定数量
的热电偶，并通过微型电脑采集数据。
4.通过热流计测量热源和冷源之间传导的热流。
热流计是一种基于热电效应的电子仪器，可以测量电导率和温度梯度来计算热流。
5.通过实验数据计算被测材料的比热和导热系数。
根据热传导定律，可以将热流和导
热系数表示为以下关系：Q=λ×A×(T1-T2)/L，其中Q为热流，λ为导热系数，A为横截
面积，T1和T2分别为热源和冷源的温度，L为材料长度。
由于准稳态法测量过程中需要维持恒定的温度和热流，因此实验装置的设计和操作都
需要具备一定的技术水平。
此外，不同材料的比热和导热系数可能有很大的差异，因此在
实验计算中需要注意各项参数的精确度和精度。
非稳态准稳态法测材料的导热性能实验
非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验非稳态(准稳态)法是一种测量材料导热性能的实验方法，它通过在材料的一侧施加热量，测量另一侧的热流量来计算材料的导热系数。
这种方法相对于稳态法，具有设备简单、操作方便、测量速度快等优点。
下面是关于非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验的详细描述。
一、实验目的本实验的目的是通过非稳态(准稳态)法测量材料的导热性能，包括导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
这些参数对于材料的热设计、能源利用和工程应用具有重要意义。
二、实验原理非稳态(准稳态)法基于热传导的傅里叶定律，其基本公式为：q=-k AΔT/L，其中q为热流量，k为导热系数，A为传热面积，ΔT为两侧温度差，L为材料的厚度。
在实验中，通过测量材料的传热面积和两侧温度差，可以计算出材料的导热系数。
三、实验步骤1.准备材料：选择待测材料，并准备相应的支架、加热器和温度传感器等设备。
2.安装样品：将待测材料放置在支架上，将加热器和温度传感器分别与材料的两侧接触，并固定好。
3.开始测量：打开加热器，使加热器输出的热量均匀地施加到材料的左侧，同时使用温度传感器测量材料的右侧温度。
记录下加热时间和温度变化。
4.数据处理：根据测量的数据，绘制温度随时间变化的曲线。
通过曲线可以计算出材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
四、实验结果与分析通过实验测量和数据处理，我们可以得到待测材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
这些参数可以用来评估材料的导热性能和热特性。
例如，导热系数高的材料可以更好地传递热量，适用于需要高效散热的场合；比热容大的材料可以吸收更多的热量，适用于需要储存和释放热量的场合。
在分析实验结果时，需要注意以下几点：1.实验结果的准确性受到多种因素的影响，如测量设备的精度、环境温度和湿度等。
因此，需要对实验结果进行误差分析，以确定其可信度。
2.对于不同种类的材料，其导热性能和热特性可能存在差异。
因此，需要对不同种类的材料进行分别测量和分析。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验目的本实验旨在通过准稳态法来测量介质的导热系数和比热。
实验原理介质热传导定律可以表示为:$\frac{dQ}{dt}=-kA\frac{dT}{dx}$其中$dQ$表示通过横截面$A$传导的热量、$dT/dx$表示温度梯度，$k$表示介质的导热系数。
考虑一根长为$L$、半径为$r$的柱形介质，将其放置在恒定温度$T_1$的热源上，使其与热源建立稳定热流，由于介质与外界的热交换可能会影响温度场的分布，但如果用温度计沿柱形介质的径向测量，可以保证温度场分布近似于径向对称的形态。
当恒定稳态建立后，热传导方程的解析解可以表示为:$T(r)=T_1+\frac{dQ}{2\pi kL}ln{\frac{r}{r_0}}$其中$r_0$表示温度计的距离。
同时根据恒定稳态条件，热流向是恒定的，可以通过测量温度差得到热流，即:$q=-k\frac{A}{\Delta x}(T_2-T_1)$其中$A$表示圆柱体的横截面积，$\Delta x$表示$\Delta T$的距离。
结合以上两式，可以得到介质的导热系数$k$为:$k=\frac{qd}{2\pi T_1 L ln{\frac{r_2}{r_1}}}$其中$d$为材料的直径，$T_1$为热源的温度，$r_1$和$r_2$为温度计的测量位置。
而比热则是通过热平衡条件给出的:$q_1t_1=q_2t_2$其中$q$为热流，$t$为温度，1和2表示两个状态。
在本实验中，温度上升了$\Delta T$，热流在某一时间间隔$t$内对介质的热量为$q=mC_p\Delta T$，其中$m$为穿过某一截面的质量，$C_p$为比热容。
因此可以得到比热:$C_p=\frac{q}{m\Delta T}$实验步骤1.准备材料：圆柱形样品和两台K型热电偶。
2.组装实验装置：将圆柱形样品嵌入加热炉中，将热电偶分别穿过样品并与数据采集仪相连。
稳态平板实验指导说明
第二步：检查平板是否对正，是否有间隙存在
第三步 ：添加重物
第四步：检查线路接口有无松 动，在确定无误后打开总电源。
确保无误后
第五步：插上仪器插头，打开 插座电源，打开仪器电源。
第六步
3 调节合适的 5调节加温电 2 打开主加热开关 电压开始加温 压，使与主加 1 打开电源开关 热器电压接近 4开启辅助加热开关 6 热面温度达到一定 水平后，启动水泵
实验数据
工况 时间 T1（℃） T2（℃） T3（℃）
T4 （℃）
T5 （℃）
T6 （℃）
△T （℃）
V (v)
I (A)
Q (W)
设定电压 1
平均温度
设定电压 2
平均温度
设定电压 3
平均温度
设定电压 4
平均温度
1、为了建立一维稳定的温度场，本实验装置采取了哪些 措施？
2、本实验装置为什么限于测定非金属材料的热导率？对 被测试件的热导率范围有无限制？为什么？
第七步：一个工况试验后，可以将设 备调到另一工况，调节主加热器功率 后，再按上述方法进行测试得到另一 工况的稳定测试结果。每次增加的电 功率不宜过大，一般在5～10V为宜。
调节主加热器功率
最 后 关 闭 电 源 的 总 开 关
4 关闭电源开关 1 切断加热器电源
3 十分钟后， 关闭水泵
2 切断加 热器电源
一段时间后，观察辅助加热面的温度是否与主加 热面的温度一致，根据两加热面的温度情况适当 调整辅助加热器的电压（高降低、低增加）, 跟 踪调整使主、辅加热温度相一致。在加温过程中， 可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。 试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温 度开始趋于稳定。待温度基本稳定后，就可以进 行主加热电压U、主加热电流I和6个温度点的测 量记录（一般一个工况大概20分钟左右，此时 T1≈T2≈T5≈T6,T3≈T4，由于实验台的精度导致近 似相等的温度点相差0.5℃左右以认为正常）， 一个工况稳定后需要连续记录3组数据，从而得 到稳定的测试结果。
稳态法测导热系数实验报告
稳态法测导热系数实验报告稳态法测导热系数实验报告一、引言导热系数是描述材料导热性能的重要物理量，对于研究材料的热传导特性具有重要意义。
稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，通过测量材料在稳定状态下的温度分布和热流量，可以准确计算出导热系数。
二、实验原理稳态法测导热系数的原理基于热传导定律，即热流量与温度梯度成正比。
在实验中，我们使用一个导热材料样品，将其两侧分别加热和冷却，使其达到稳态状态。
通过测量加热侧和冷却侧的温度差以及施加的热流量，可以计算出导热系数。
三、实验装置实验所使用的装置主要包括导热材料样品、热源、冷源、温度传感器和热流量计。
热源和冷源可以是电加热器和冷却水，温度传感器可以是热电偶或者红外测温仪，热流量计可以是热电偶流量计或热平衡法流量计。
四、实验步骤1. 将导热材料样品放置在实验装置中，确保其两侧与热源和冷源接触良好。
2. 施加适当的热流量，保持稳定状态。
3. 使用温度传感器测量加热侧和冷却侧的温度，并记录下来。
4. 根据测得的温度差和施加的热流量，计算出导热系数。
五、实验注意事项1. 确保实验装置的稳定性，避免外界因素对实验结果的影响。
2. 保证导热材料样品的两侧与热源和冷源接触良好，以确保热流量的均匀传导。
3. 使用准确的温度传感器进行测量，并注意测量时的环境温度和湿度。
4. 在进行计算时，要考虑到实验装置的热损失和其他误差。
六、实验结果与讨论根据实验数据计算得到的导热系数可以用于研究材料的热传导性能。
通过对不同材料进行实验测量，可以比较不同材料的导热性能差异，为材料的选择和应用提供参考。
七、实验的局限性与改进方法稳态法测导热系数的实验方法虽然简单易行，但也存在一定的局限性。
例如，在实验过程中可能会受到环境温度和湿度的影响，需要进行相应的修正。
此外，实验装置的热损失和传感器的精度也会对实验结果产生一定的影响。
为了提高实验的准确性和可靠性，可以采取一些改进方法。
例如，在实验过程中可以控制环境温度和湿度，减小外界因素对实验结果的干扰。
准稳态法比热与导热系数测定
准稳态法比热与导热系数测定热传导是一种重要的物理现象，它在工程、物理、化学等领域都有着广泛的应用。
为了研究热传导现象，我们需要测定材料的比热和导热系数。
本文将介绍一种测定材料比热和导热系数的方法——准稳态法。
一、准稳态法的原理准稳态法是测定材料比热和导热系数的一种常用方法。
它的原理是基于热传导的基本方程式：frac{partial T}{partial t} = alphaabla^2 T其中，T是温度，t是时间，alpha是热扩散系数，abla^2是拉普拉斯算子。
在准稳态条件下，即当时间足够长时，温度分布不再随时间变化，即frac{partial T}{partial t} = 0因此，我们可以得到下面的方程：abla^2 T = 0根据边界条件，我们可以求出温度分布，从而计算出材料的比热和导热系数。
二、准稳态法的实验步骤1. 实验装置准稳态法的实验装置主要包括一个热源、一个热传导材料和一个温度传感器。
2. 实验步骤（1）将热源放置在热传导材料的一端，并加热。
（2）等待一段时间，使得温度分布达到准稳态。
（3）在热传导材料的另一端放置一个温度传感器，记录温度随时间的变化。
（4）根据温度分布和时间变化，计算出材料的比热和导热系数。
三、准稳态法的优缺点1. 优点准稳态法测定材料比热和导热系数的方法简单，实验装置也比较容易搭建。
2. 缺点准稳态法需要等待一段时间，使得温度分布达到准稳态，这会导致实验时间较长。
此外，准稳态法对实验环境的影响比较大，需要对实验环境进行控制。
四、结论准稳态法是一种测定材料比热和导热系数的有效方法，它基于热传导的基本方程式，通过测量温度随时间的变化来计算材料的比热和导热系数。
虽然准稳态法需要等待一段时间，但它的实验装置简单，对实验环境的要求也比较低，因此在实际应用中具有一定的优势。
实验指导书(准稳态法测定材料的导热系数)
准稳态法测定材料的导热系数一、实验目的1、通过实验，掌握准稳态法测量材料的导热系数和比热容的方法；2、掌握使用热电偶测量温度的方法；3、加深对准稳态导热过程基本理论的理解。
二、实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ(图中为2b)，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。
求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)。
导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：22),(),(xx t a x t ∂∂=∂∂τττ0=τ时, 0t t =x=0处， 0=∂∂xtδ=x 处，c q xt-=∂∂-λ方程的解为：)]exp()cos(2)1(63[),(02211220F xx a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞=∑ （1）式中： τ—时间(s)； λ—平板的导热系数(w/m ∙℃)；a —平板的热扩散率(m 2/s)； n μ—πn n=1，2，3，……；F 0—2δτa 傅立叶准则； t 0—初始温度(℃)； c q —沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度(w/m 2)；随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成：)612(),(2220-+=-δδτλδτx a q t x t c （2）由此可见，当F 0>0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态称为准稳态。
在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：)61(),0(20-=-δτλδτa q t t c 平板加热面x=δ处为：)31(),(20+=-δτλδτδa q t t c （3） 此两面的温差为：λδττδc q t t t ∙=-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ，再测出Δt ，就可以由式（3）求出导热系数：tq c ∆=2δλ （4） 根据势平衡原理，在准态时，有下列关系：τρδd dt CF F q c = 式中：F 为试件的横截面(m 2)；C 为试件的比热(J/kg ∙℃)； ρ为试件的密度(kg/m 3)；τd dt为准稳态时的温升速率(℃/s)； 由上式可得比热： τρδd dt q c c=三、实验装置按上述理论及物理模型设计的实验装置如图2所示，说明如下：1）试件试件尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10mm。
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准稳态法测定材料的导热系数
一、实验目的
1、通过实验，掌握准稳态法测量材料的导热系数和比热容的方法；
2、掌握使用热电偶测量温度的方法；
3、加深对准稳态导热过程基本理论的理解。
二、实验原理
本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ(图中为2b)，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。
求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)。
导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：
2
2)
,(),(x
x t a x t ∂∂=∂∂τττ
0=τ时, 0t t =
x=0处， 0=∂∂x
t
δ
=x 处，
c q x
t
-=∂∂-λ
方程的解为：
)]exp()cos(2)1(63[),(02211
220F x
x a q t x t n n n n c μδμμδδδδτλτ--+--=-+∞
=∑ （1）
式中： τ—时间(s)； λ—平板的导热系数(w/m ∙℃)；
a —平板的热扩散率(m 2/s)； n μ—πn n=1，2，3，……；
F 0—
2
δτ
a 傅立叶准则； t 0—初始温度(℃)； c q —沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度(w/m 2)；
随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成：
)61
2(),(2220-+=-δ
δτλδτx a q t x t c （2）
由此可见，当F 0>0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是
常数，并且到处相同。
这种状态称为准稳态。
在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：
)6
1
(),0(20-=
-δτλδτa q t t c 平板加热面x=δ处为：
)3
1
(),(20+=
-δτλδτδa q t t c （3） 此两面的温差为：
λ
δ
ττδc q t t t ∙=
-=∆21),0(),( 如已知q c 和δ，再测出Δt ，就可以由式（3）求出导热系数：
t
q c ∆=
2δ
λ （4） 根据势平衡原理，在准态时，有下列关系：
τ
ρδ
d dt CF F q c = 式中：F 为试件的横截面(m 2)；
C 为试件的比热(J/kg ∙℃)； ρ为试件的密度(kg/m 3)；
τ
d dt
为准稳态时的温升速率(℃/s)； 由上式可得比热： τ
ρδd dt q c c
=
三、实验装置
按上述理论及物理模型设计的实验装置如图2所示，说明如下：
1）试件
试件尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10mm。
每块试件上下面要平齐，表面要平整。
2）加热器
采用高电阻康铜箔平面加热器，康铜箔厚度仅为20μm，加上保护箔的绝缘薄膜，总共只有70μm。
其电阻值稳定，在0—100℃范围内几乎不变。
加热器的面积和试件的端面积相同，也是100㎜×100㎜的正方形。
两个加热器的电阻值应尽量相同，相差应在0.1%以内。
3）绝热层
用导热系数比试件小的材料作绝热层，力求减少热量通过，使试件1，4与绝热层的接触面接近绝热。
这样，可假定式（4）中的热量q c等于一个加热器发出热量的0.5倍，即两个加热器发出热量的0.25倍（除以导热面积）。
4）热电偶
利用热电偶测量试件2两面的温差及试件2、3接触面中心处的温升速率，热电偶由0.1㎜的康铜丝制成。
实验时，将四个试件齐迭放在一起，分别在试件1和2及试件3和4之间放入加热器1和2，试件和加热器要对齐。
热电偶测温头要放在试件中心部位。
放好绝热层后，适当加以压力，以保持各试件之间接触良好。
四、实验步骤
1、用卡尺测量试件的尺寸：面积F和厚度δ；
2、按图2放好试件、加热器和热电偶，接好电源；
3、测量试件壁温和温差。
测出试件在加热前的温度，此温度应等于室温；
4、接通加热器开关，给加热器通以恒定电流（试验过程中，电流不容许变化。
此值事先经实验确定）。
记录温度和加热电压电流。
这样，经过一段时间后（随所测材料而不同，一般为10～20分钟），系统进入准稳态，此时温差的数值（即式（4）中的温差Δt）几乎保持不变。
5、第一次实验结束，将加热器开关切断，取下试件及加热器，用电扇将加热器吹凉，待其和室温平衡后才能继续作下一次实验。
但试件不能连续做实验，必须经过四小时以上放置，使其冷却至与室温平衡后，才能再作下一次实验。
6、实验全部结束后，必须切断电源，一切恢复原状。
五、实验注意事项
q，加热器电流和电压不能变化；
1、实验过程中，为保持恒定的
c
2、计算材料导热系数所需的温差必须是系统进入准稳态时的温差；
3、若实验中途失败，须待试件冷却至室温后（4小时以上）才能进行再次实验。
六、实验数据记录和处理
室温t0：[℃] 加热器电流I：[A] 加热器电压U：[V]
试件截面尺寸F：0.01 [㎡] 试件厚度δ：0.01 [m]
3。