不良导体热导率的测量实验原理
不良导体热导率实验报告
不良导体热导率实验报告
先说基本原理：
（1）稳态法热导率测量原理是在被测试样所关心的热导率方向上形成一个稳定的温度差，然后测量这两个温度点之间的距离、温度差和热流密度，最终计算出这此平均温度（两个温度值取平均）下的等效热导率。
稳态法主要包括保护热板法和热流计法。
（2）动态热导率测量原理是在被测试样整体达到温度均匀和恒定后，在试样加载一个微小的温度扰动，通过检测此温度扰动波形，可以直接计算出被测试样在此恒定温度下的热导率。
动态法主要包括热线法、热带法、热盘法和激光脉冲法也算动态法。
由此可见，原理上的不同点是：稳态法时试样内有稳定的一维热流场，所以稳态法测量的热导率具有明显的方向性，热导率方向与热流方向相同。
而动态法则是则没有方向性，测量的是整个试样整体的平均热导率，所以动态法适合测量均质材料。
当然，激光脉冲法是个特例，只能测量方向向性热扩散率，然后根据密度和比热容算出测试方向上的热导率。
测试方法：
（1）稳态法测试方法核心就是要实现稳态法测试原理模型的各种边界条件。
尽管稳态法热导率测量计算公式简单，但边界条件的实现要达到很高的要求，比如绝热边界条件的实现等，所以稳态法测试设备比较庞大，不太适合小尺寸试样测试。
（2）动态法则相反，测试模型对边界条件没有太多的要求，只要试样尺寸足够大，试样测试前的温度恒定就可以，所以动态法热导率测试设备一般都相对比较简单。
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。
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
不良导体热导率的测量一、引言热传导是物质内部能量传递的一种方式，热导率是描述物质热传导能力的重要物理量。
对于材料科学和工程领域来说，准确测量材料的热导率具有重要意义。
然而，对于不良导体（如聚合物和复合材料）的热导率测量却具有一定难度。
因此，本文将介绍不良导体热导率的测量方法及其原理。
二、不良导体热传导机制在普通金属中，电子是主要的载流子，在电子-晶格相互作用下实现了热传输。
但在不良导体中，由于载流子密度很低，因此电子-晶格相互作用并不能完全解释热传输现象。
此时，声子（即晶格振动）成为了主要的载流子，在声子-声子和声子-晶格相互作用下实现了热传输。
三、测量方法1. 稳态法稳态法是目前应用最广泛的测量不良导体热导率的方法之一。
该方法通过在样品两端施加恒定温差，并测量样品两端的温度差和电流，从而计算出样品的热导率。
该方法需要保证样品稳定地达到热平衡状态，因此需要较长时间进行测量。
2. 非稳态法非稳态法是一种快速测量不良导体热导率的方法。
该方法通过在样品中加入一个短脉冲热源，并测量样品温度随时间的变化，从而计算出样品的热导率。
该方法适用于材料热导率较低或样品尺寸较小的情况。
3. 激光闪光法激光闪光法是一种基于激光脉冲加热和红外相机检测温度变化的非接触式测量方法。
该方法适用于材料表面温度变化较大或材料形态不规则等情况。
四、实验步骤以稳态法为例，具体实验步骤如下：1. 制备样品：根据实验要求制备不良导体样品，并将其切割成适当大小。
2. 测量尺寸：使用卡尺等工具测量样品尺寸及厚度，并计算出其截面积。
3. 热电偶连接：将两个热电偶分别固定在样品两端，并保证它们与样品紧密接触。
4. 电流施加：在样品中加入适量电流，使其达到恒定状态。
5. 温度测量：使用数字温度计等工具测量样品两端的温度差，记录数据。
6. 计算热导率：根据测得的数据，利用热传导方程计算出样品的热导率。
五、注意事项1. 样品表面应平整光滑，以保证热传输的均匀性。
不良导体热导率的研究报告
实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：不良导体热导率的测量一、实验目的1.了解热传导现象的物理过程2.学习用稳态平板法测量不良导体的热导系数3.测量铜盘的散热速率二、实验原理图1是不良导体热导系数测量装置的原理图。
各部分为：A-传热圆筒、B-待测样品、C-铜盘、D-底座、E-红外灯、G-数字电压表、H-单刀双掷开关、J-杜瓦瓶。
为保证传热稳定，传热圆筒A、待测样品B和散热铜盘C三者的表面密切接触，如图2所示。
温度用热电偶的温差电动势表示，杜瓦瓶装有冰水混合物，为热电偶提供参考温度。
实验中，维持待测盘的上表面A有稳定温度，下表面铜盘C有恒定温度（侧面近似绝热）。
根据(1)式，在稳态时通过样品的传热速率可以写为，(2)式中为样品的厚度，为样品上表面的面积（为样品盘的半径），为待测样品盘的上、下表面的温度差，为导热系数。
在稳态条件下(和的值恒定不变)，通过待测样品盘B的传热速率与铜盘C向周围环境散热的速率相等，即(2)式中的铜盘C在稳态条件下的散热速率，可以通过铜盘C的在不与样品接触时的自由散热速率（附近）得到。
由于铜盘C的稳态散热面积为，自由散热面积为，因此，(3)其中和分别是铜盘C的半径和厚度。
根据比热容的定义，自由散热速率可写为，(4)其中和分别为铜盘C的质量和比热容，为铜盘C的冷却速率。
由式(2)、(3)和(4)可得样品B的导热系数为：(5)因此只要测出铜盘C的自由冷却速率，代入相关的参数即可求出样品的导热系数。
本实验用数字电压表测得的热电偶的温差电动势表示温度。
热电偶的温度-电压系数是定值，根据(5)式可知，只需测定电压以及电压的变化率，不需计算具体的温度值。
加热装置通过自耦调压器和红外灯来实现。
通过维持加热电压等于110V，待系统达到稳态，记录稳态下铜盘C的电压值，然后测量铜盘C在该稳态电压值附近的自由散热系数，结合质量、厚度等参数即可得到该稳态下的样品的导热系数。
三、实验仪器：2.不良导体热导率的测量3.实验仪器：导热系数测量仪、杜瓦瓶、自耦调压器、数字电压表、秒表、游标卡尺、橡胶盘四、实验内容：测量橡胶盘的导热系数1.用游标卡尺测量铜盘和橡胶盘的直径和厚度，记录表格1；2.打开主仪器放大图，把红外灯上移（需先断开红外灯的连线5），同时把保温桶移开（需先断开加热盘的连线1），然后把橡胶盘放置在铜盘C上，最后移回保温桶和红外灯；3.按图7连接电路；4.双击“数字电压表”，并调零和选择量程（）；5.双击“自耦调压器”，把电压调至，等待样品导热达到稳态；等待过程中不断切换单刀双掷开关，并观察测量值，如果在10分钟内加热盘和散热盘的温度基本没有变化，则可认为达到稳态（为缩短达到稳态时间，可先将红外灯电压调至左右，大约5分钟后再将到）；记录稳态下加热盘A的电压和铜盘C的电压7.移开红外灯（需先断开红外灯的连线5）和保温桶（需先断开加热盘的连线1），取出橡胶盘，再把红外灯和保温桶复位，并连接好线；8.使铜盘C加热至高于稳态温度10度左右（电压增加约，建议不要高太多，否则降温值需要较长时间）；9.把调压器电压减小为0，移开红外灯和保温桶，让铜盘C自由冷却，每隔30s记录一次电压值，选择最接近前后的6个数据，记录表格2；10.用逐差法求出铜盘C的冷却速率，并计算橡胶盘的导热系数；用作图法求出冷却速率五、数据记录：表1 铜盘和橡胶盘的尺寸测量铜盘质量：，橡胶盘质量：铜的比热容：测量次数 1 2 3 平均值铜盘直径(mm) 128.32 128.32 128.34 128.32铜盘厚度(mm) 7.14 7.16 7.14 7.14 橡胶盘直径(mm) 130.08 130.08 130.06 130.07 橡胶盘厚度(mm)8.128.128.148.12表2 铜盘的自由冷却速率测量 稳态时加热盘A 的温度对应的电压：稳态时铜盘C 的温度对应的电压：时间（s ） 030 60 90 120 150 180 210电压V_C(mV) 2.72 2.66 2.62 2.57 2.52 2.48 2.44 2.39时间（s ） 240 270 300 330 360 390 420 电压V_C(mV)2.38 2.34 2.29 2.26 2.22 2.18 2.14六、数据处理逐差法计算冷却速率，选择靠近平衡温度的六个温度点:0 30 60 90 120 150 2.722.662.622.572.522.48dT (2.48 2.62)(2.52 2.6)(2.57 2.72)0.001604/3*30*3mV s dt -+-+-==-导热系数的大小：()()2122 0.11/(*)2 (())C C dTB dt BC C R h mch W m k R T T R h λπ+=-=-+七、结果陈述：这个散热速率和时间符合线性规律 导热系数为0.11W/(m*k)八、实验总结与思考题试分析实验中产生误差的主要因素以及实验中是如何减小误差的？ 操作时间要准确，多次测量取平均值傅里叶定律中 (传热速率)是不易测准的量。
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
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简介 实验原理 实验内容 基本要求
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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
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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：
不良导体导热系数的测量 (6)
实验报告一、实验题目：不良导体导热系数的测量二、实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。
三、实验原理 1、导热系数当物体内存在温度梯度时，热量从高温流向低温，谓之热传导或传热，传热速率正比于温度梯度以及垂直于温度梯度的面积，其比例系数为热导系数或导热率，即dQ dTdS dt dxλ=- 其中dQ dt 为传热速率，dTdx是与面积相垂直的方向上的温度梯度，“—”表示热量从高温区域传向低温区域， λ是导热系数，表示物体导热能力的大小。
2、不良导体导热系数的测量厚度为B h 、截面面积为B S 的平板形样品（橡胶板）夹在加热圆盘和黄铜盘A 之间，热量由加热盘传入。
加热盘和黄铜盘上各有一小孔，热电偶可插入孔内测量温度，两面高低温度恒定为T 1 和T 2时，传热速率为11B BT T dQS dt h λ-=- （1） 由于传热速率很难测量，但当T 1 和T 2稳定时，传入橡胶板的热量应等于它向周围的散热量。
这时移去橡胶板，使加热盘与铜盘直接接触，将铜盘加热到高于T 2约10度，然后再移去加热盘，让黄铜盘全表面自由放热。
每隔30秒记录铜盘的温度，一直到其温度低于T 2，据此求出铜盘在T 2附近的冷却速率dQ dt。
铜盘在稳态传热时，通过其下表面和侧面对外放热；而移去加热盘和橡胶板后是通过上下表面以及侧面放热。
物体的散热速率应与它们的散热面积成正比，即'A A A A A A R (R 2h )dQ dQ dt R (2R 2h )dtππ+=⋅+式中'dQ dt为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体，有'dQ dT mc dt dt =。
这样，就有A A A A Cu A A A R (R 2h )dQ dT=m c dt R (2R 2h )dtππ+⋅+ （2） 比较（1）和（2）式，可以求出导热系数为A CuB A A 2B A A 12m c h (R 2h )dT=2R (R h )(T -T )dtλπ+⋅+ （3）四、实验内容1、观察和认识传热现象、过程及其规律： （1）自拟数据表格，用卡尺测量铜盘A 和样品B 的厚度及其直径，并求出平均值和误差（各测三次）；（2）熟悉各仪表的使用方法，并按书上的图示连接好仪器；（3）接通调压器电源，将红外灯升压，使其从零缓慢升至200V 。
不良导体导热系数的测定
不良导体导热系数的测定专业年级： 油气储运04级4班 指导教师： 姚勇 学生姓名（学号）： 李超云（04012408） 许惠敏（04012401） 一、实验目的1、掌握稳态法测不良导体导热系数的方法2、了解物体散热速率与传热速率的关系3、学习用作图法求冷却速率4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 二、实验原理当物体内部各处温度不均匀时，就会有热量从温度较高处传向较低处，这种现象称为热传导。
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Z o 处取一个垂直截面积dS ，以Z d dT表示在Z 处的温度梯度，以dtdQ 表示该处的传热速度（单位时间内通过截在积dS 的热量），那么热传导定律可表示成：dQ=－λ（dZdT）Z o dS ·dt （2.3-1） 式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反），比例数λ即为导热系数，可见导热系数的物理意义：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（2.3-1）式测量材料的导热系数λ，需解决两个关键的问题：一个是如何在材料内造成一个温度梯度Zd dT并确定其数值；另一个是如何测量材料内由高温区向低温区的传热速率dtdQ。
1、关于温度梯度Zd dT 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，如图2.3-1，使两块铜板分别保持在恒定温度T 1和T 2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。
若样品厚度远小于样品直径（D h 《），由于样品侧 积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热测定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—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T 1、T 2，就可以确定样品内的温度梯度hT T 21-。
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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。
同时，实验结果也可以为材料的改进和优化提供参考依据。
因此，深入了解不良导体热导率的测量实验原理，对于工程技术人员和科研人员具有重要的指导意义。