稳态法导热系数测定实验
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。
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。
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。
稳态法导热系数实验报告
稳态法导热系数实验报告稳态法导热系数实验报告引言导热系数是材料传导热量的能力，对于热工学和材料科学研究具有重要意义。
稳态法是一种常用的测量导热系数的方法，通过实验测量材料的温度分布和热流量，可以得到导热系数的数值。
本实验旨在通过稳态法测量导热系数，探究不同材料的导热性能。
实验装置本实验使用的实验装置主要包括一个导热试样，两个温度计和一个加热电源。
导热试样是一个长方形的金属块，具有一定的厚度和面积。
温度计用于测量导热试样的两侧温度差，加热电源用于提供稳定的加热功率。
实验步骤1. 将导热试样放置在水平台上，并确保其两侧与温度计接触良好。
2. 将一个温度计放置在导热试样的一侧，作为加热侧的温度计。
3. 将另一个温度计放置在导热试样的另一侧，作为冷却侧的温度计。
4. 打开加热电源，设置合适的加热功率，待系统达到稳定状态。
5. 记录加热侧和冷却侧的温度，并计算温度差。
6. 根据导热试样的尺寸和温度差，计算导热系数。
实验结果与分析通过实验测量得到的温度差和导热试样的尺寸，可以计算出导热系数。
实验结果显示，不同材料的导热系数存在较大差异。
导热系数较大的材料具有较好的导热性能，而导热系数较小的材料则导热性能较差。
实验结果的差异可以归因于材料的结构和性质。
晶体结构较为紧密的材料通常具有较高的导热系数，因为结构紧密可以提高原子之间的热传导效率。
而材料中存在的缺陷和杂质会降低导热系数，因为它们会散射热传导的能量。
导热系数的测量对于材料的研究和应用具有重要意义。
在工程领域，了解材料的导热性能可以帮助工程师选择合适的材料，以提高设备的散热效果。
在材料科学领域，通过测量导热系数可以评估材料的热传导性能，进而优化材料的设计和合成。
实验误差的分析在实验过程中，存在一些误差可能会对测量结果产生影响。
首先，温度计的精度和灵敏度会对测量结果产生影响。
如果温度计的精度较低或者灵敏度不够高，可能会导致温度测量的误差。
其次，导热试样的制备和安装也会对测量结果产生影响。
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。
稳态法测定导热系数实验ppt
最后一步是使用导热系数实验公式，
05
通过计算确定样品的传热性能，并得
出样品的导热系数。
稳态法测量导热系数的实验有几个要
06
点：
1.准备实验装置：建立导热系数实验装置，并确保样品的均匀覆盖面积。
2.控温设置：在温度控制系统中，分别设定多个温差和参考温度，以控制温度。
3.测量温差：测量样品表面温度，并使用实验数据计数实验通常分为四
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个步骤。
第一个步骤是将样品放入导热系数测
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试装置中，使之均匀地覆盖在被测表
面上。
第二步是稳定样品的温度，并根据实
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验要求确定多个温差和参考温度，并
在温度控制系统中将这些值进行设置。
第三步是测量样品的温差和参考温度，
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以确定样品的传热性能。
谢谢
4.计算导热系数：根据所得实验结果和相关理论，使用导热系数实验公式，得出 样品的导热系数。
在进行稳态法测量导热系数实验前，应确保样品具有一定的尺寸和厚度，以免影 响最终结果。此外，在实验中，应注意样品表面温度的稳定性，以保证实验效果 的准确性。
在进行稳态法测量导热系数实验时，应控制温度范围，确保每个 温度上下限以及温度变化率在实验设置的范围内。此外，应注意， 在样品的表面有很多元素（如水分、空气等），可能会影响实验 结果。因此，要尽量减少这些元素的影响，以保证实验结果的准 确性。
实验稳态法测定材料导热系数实验
实验稳态法测定材料导热系数实验一．实验目的1．了解热传导现象的物理过程；2．掌握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．掌握用热电转换方式进行温度测量的方法；二．实验原理导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。
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Z0 处取一个垂直截面积dS （如图1所示）。
以dT/dz 表示在Z 处的温度梯度，以dQ/dτ 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：(S1-1)图1 导热示意图式中的负号表示热量从高温区向低温区传导，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（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dτ。
1.温度梯度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（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。
样品厚度可做成h ≤D （样品直径）。
这样，由于样品侧面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，样品内同一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dt dsdT dQ Z⋅-=0)(λ板板图2铜板导热示意图T1、T2 ，就可以确定样品内的温度梯度度 (T1-T2)/h 。
当然这需要铜板与样品表面的紧密接触，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。
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数TC—3型导热系数测定仪实验讲义杭州富阳精科仪器有限公司（原杭州富阳电表厂）导热系数的测量导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与含杂志等因素都会对导热 数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过试验来具体测定。
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，另一类为动态法。
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布，然后进行测量。
而在动态法中，待测样品的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。
本试验采用稳态进行测量。
【试验目的】用稳态法侧出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
【试验原理】根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2）,若平面面积为S,在△t 时间内通过面积S 的热量△Q 满足下述表达式:Q t ∆∆=λS 12T T h- (1) 式中Qt∆∆为热流量,λ即为该物质的热导率(又称作导热系数),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W 11m k --⋅⋅。
本试验仪器如图所示：图 1 稳态法测定导热系数试验组装图在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待侧样品B （圆盘形的不良导体），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 传到B 盘，在传到P 盘，由于A 、P 盘都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别由插入A 、 P 盘边缘小孔热电偶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（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Qt=λ12T T hb -πR 2B（2）公式中R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度，当然传导达到稳定状态时，T 1、T 2的值 不变，于是通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速度相等，因此，可通 过铜盘P 在稳定温度T 2时的散热速度来求出热流量Qt∆∆。
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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。
图1是无限大平板导热示意图。
图1 无限大平板的稳态导热示意图
根据傅立叶（Fourier ）定律： ()()()T T T T c x x y y y y ρλλλτ∂∂∂∂∂∂∂=+++Φ∂∂∂∂∂∂∂ （1）
在一维无限大平板稳态传热时，方程（1）可简化为：
022=∂∂x T （2）
其边界条件为
x=0时， T =T w1
x=δ时， T =T w2
可解得下列方程
)(21w w T T A Q -=
δλ （3）
由式（3）可得 )(21w w T T A Q -⋅⋅=δ
λ （4）
式中
λ——导热系数，W/m ·℃；
δ——试件厚度，m ；
Q ——热流量，w ；
A ——试件面积，m 2；
T w1 ——试件下表面温度，℃；
T w2 ——试件上表面温度，℃。
一般情况下，选择平板试件的尺寸要注意满足下列条件：
D D 101
~71
≤δ
式中
D ——方板的短边长度，m 。
热流量Q 也可以由输入电压和电阻表示为：
2
U Q R =
（5） 式中
U ——施加在加热板上的电压，V ；
R ——加热板上内部加热电阻丝的电阻，Ω。
将式（5）带入式（4）得
)(212w w T T A R U -⋅⋅=δ
λ
（6） 对应此λ的材料温度为 22
1w w T T T +=
（7）
根据式（7）只要知道试件面积A、电压U、电阻R、厚度δ以及在厚度δ方向上的温度差，便可求出导热系数。
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2/)(21w w T T T +=，其中：T w 1为试样材料下表面温度，T w 2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。