导热系数的测定实验教案
《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(完整版)
△θ／△t|θ2=θ20，其中△t=120S.
T/s
0
30
60
90
120
150
180
210
θ2/mV
七，数据处理
1．原始数据必需重新抄入实验报告数据处理部分的正文中，再进行具体处理，注意各测量量的单位；
2．采用逐差法求黄铜盘在温度为 时的冷却速率 ，Δt = 120 S
导热系数是单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度是反映材料导热性能的重要参数之一其值等于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传递的热量单位是瓦?米12实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数
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深圳大学实验报告
课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：实验14导热系数的测定
4．计算橡胶板的导热系数λ，与标准值 比较，并给出λ测量结果；
5．给出实验结论。
测量结果参考值：
1．DB, hB, DC, hC测量参考值：
橡胶板直径 =131.77 mm橡胶板厚度 =8.25 mm
黄铜盘直径 =130.02 mm黄铜盘厚度 =7.66 mm
黄铜盘质量m=896.2 g黄铜比热C= 3.77×102J/kg.k
3．测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境：
a.电风扇一直工作。
b. 附近的冷却速率。
六、数据记录：
组号：；姓名
1.记录橡胶盘、黄铜盘的直径、高度（DB、Hb、DC、HC），记录相应结果
测量次数
1
2
3
4
5
平均值
所用测量仪器
实验一材料导热系数的测定实验
三、实验装置
实验装置包括：圆球本体装置、循环水槽、直流稳压电源、 数显电压电流表及数显温度巡检仪测温装置等。
实验系统图 圆球本体由铜质热球球体（ d1 ＝ 80mm ）、冷球球壳（ d2 ＝ 200mm）、保温球壳和塑料保温套等组成。
五、实验数据记录
试件导热面积： 试件厚度： 室温： 冷却水温： 实验数据记录表
工况 tR /℃ tL /℃ V /V I /A
1
2
六、实验分析
绘制不同平均温度下的 关系曲线，并求出 f ( t ) 的关 —t 系式。
（二）稳态球体法测粒状材料的导热系数 一、实验目的
五、实验数据记录
材料名称：
工况
球体直径：d1＝ 实验数据记录表
I/A t1 /℃ t2 /℃ t1－t2 /℃
d2 ＝
λm /W· (m· ℃)-1
Q
V/V
1
2
六、实验分析
绘制在座标纸上绘出试材的导热系数λm和温度t的关系曲线， —t 并求出λm＝f（t）的关系式。 试分析材料充填不均匀和内、外球壳不同心所产生的影响？
验目的
学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。 测定试验材料的导热系数，确定导热系数与温度的关系 。
二、实验原理
在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和厚度δ、平板两面 的温差 t t R t L 和导热系数λ成正比： Q t A 通过测定平板两面的温差△t、平板厚度δ 、垂直热流方向的 Q 导热面积A和通过平板的热流量Q得出导热系数 ： t F 在不用的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在 坐标图内，就可以得出 t 的关系曲线。 f (t )
不良导体导热系数的测量实验教案
上。
(2) 测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。 右击锁定按钮，将游标卡尺解锁：
拖动下爪一段距离：
将待测物体从待测物栏中到两爪之间，松下鼠标，待测物会放在合适的位置：
(3) 将橡胶盘拖至主仪器的支架上。 1) 先将橡胶盘从实验仪器栏中拖放到实验桌上：
前应将红外灯移至最大位置，并且同时移除加热铜盘上的连线。点击双刀双掷开 关，可改变开关的位置 自耦调压器:
实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 鼠标左键或右键点击调压旋钮，调节输出电压。
数字电压表: 实际照片和程序中的显示：
实际仪器
仿真仪器
操作提示： 点击电源开关可打开或关闭数字电压表。点击大视图中的相关按钮，可进行 相应的设置及调节(按下调零按钮，可点击调零旋钮对其进行调零；调零后即可 选择合适的档位进行测量)
2) 双击打开主仪器窗体，依次移开红外灯、保温桶，再将橡胶盘拖放到散 热铜盘上：
(4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。
(5) 移走橡胶盘，加热铜盘 A、C。 (6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。
(7) 记录数据。 (8) 根据记录及已知数据求解橡胶盘的热导系数并填写到表格中。
六、思考题
本实验的目的是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。
二、实验原理
图 1 不良导体热导率测定装置原理图
1. 导热系数 1882 年法国科学家傅里叶(J.Fourier)建立了热传导理论，目前各种测量导热
系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础之上的。本实验采用的是稳态平 板法测量不良导体的导热系数。
实验《导热系数测定》
实验二材料导热系数的测定一、实验目的1、巩固和深化不稳定导热过程的基本理论，学习用常功率平面热源法测定材料导热系数和导温系数的实验方法和技能。
2、测定试材的导热系数λ和导温系数α。
二、实验原理：稳态导热问题，即忽略温度随时间的变化，只考虑温度的空间分布。
即θ（x,y,z）而非稳态导热问题温度不仅在空间上有分布，而且随时间变化。
即θ（x,y,z,τ）根据不稳定导热过程的基本理论，初始温度均匀并为t0的半无限大均质物体，当表面边界被常功率热流q w加热时，同样引进过余温度θ=t-t0 ，温度场由以下导热微分方程求解：经过求解和变换，得出如下的关系式：(1)函数B(y)值()B y =（2）导温系数根据B(y)值查表得y 2值，则224d a y τ=' （m 2/h ）d :薄试件的厚度 m (3)导热系数λ=（w/mk ）上述各式中：(,)x θτ'' 经过时间τ'薄试件上表面过余温度; 1(0,)θτ 经过时间1τ薄试件下表面(热源面)过余温度;3(0,)θτ 经过时间3τ降温过程中下表面(热源面)过余温度; 2τ 关闭热源的时间;Q 加热器的功率 W/m 2Q=(V 标/10)2*A=I 2*A A=R/S式中: V 标 –与加热器串连的0.01Ω标准电阻两端的电压降 mv R 、S 分别为加热器的电阻及面积。
三、实验装置DRM-1型导热系数测定仪 适用于测定均质板状、粉末状材料的导热系数、导温系数和比热。
测试范围：3.5×10-2～1.7 W/mk ；电热烘干箱；秒表两只；干燥器；天平；卡尺（精度为0.02毫米）。
DRM-1型导热系数测定仪分三部分：1、试件部分：包括试件，试件台及夹具。
2、加热系统：包括晶体管稳压电源、加热器、0.01Ω标准电阻、电位差计和检流计。
3、温度测量系统：温度测量用铜-康铜热电偶，电偶产生的电信号用电位差计测出，通过查表得出温度值。
实验11 导热系数的测量
实验11 导热系数的测量导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，导热是热交换三种（导热、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题之一，要认识导热的本质和特征，需了解粒子物理而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理的实验。
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、分子围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，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。
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测定。
（粗略的估计，可从热学参数手册或教科书的数据和图表中查寻）1882年法国科学家J•傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律基础之上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。
【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材料的导热系数（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系数。
【实验仪器】YBF-3导热系数测试仪、测试样品（硬铝、橡皮、牛筋、陶瓷、胶木板）、塞尺YBF-3导热系数测试仪面板图：上面板图下面板图dzdTdt dQ h T T 21-【实验原理】为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。
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）以 表示在Z 处的温度梯度，以 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：(2-1)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）。
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，单位时内垂直通过单位面积截面的热量。
固体的导热系数的测定
3.5固体的导热系数的测定【实验目的】1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。
2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。
3.学会用作图法处理数据。
【实验内容与步骤】1.测橡皮样品的导热系数1.1用游标卡尺测出橡皮样品的直径和厚度，多次测量求其平均值，记下散热盘的几何尺寸、质量（在盘上已标明），其中铜的比热容为10.385/()c KJ Kg K =⋅。
1.2将样品放在加热盘和散热盘之间，并使它们接触良好，两根热电偶分别插入加热盘和散热盘的小孔内，设定加热盘温度（60℃左右），采用自动控温对样品进行加热，待系统达到稳定导热状态，测样品上下表面的温度1ε、2ε，多次测量求平均值。
1.3移去样品，用加热盘直接对散热盘加热，待散热盘温度高于2ε若干（0.1mV ）后，移去加热盘，让散热盘在环境中自然冷却，每隔半分钟记录一次散热盘的温度，做出冷却曲线，求出2d dt εε⎛⎫ ⎪⎝⎭。
1.4计算橡皮样品的导热系数，并分析误差产生的原因。
2.测硬铝样品的导热系数2.1用游标卡尺测硬铝样品的直径和厚度，多次测量求其平均值。
2.2将硬铝样品侧面绝热，样品的上下表面周围分别套一个绝热圆环，放在加热盘和绝热盘之间，两根热电偶分别插入硬铝样品上下表面的小孔内，设定加热盘温度，采用自动控温对样品加热，待样品达到稳定导热状态，记下样品上下表面的温度1ε、2ε，然后将其中一个热电偶插入散热盘的小孔内，测出散热盘的温度3ε。
2.3移去样品，用加热盘直接对散热盘加热，待散热盘温度高出3ε若干，移去加热盘，让散热盘在环境中自然冷却，测出散热盘温度随时间的变化，作出冷却曲线，求出3d dt εε⎛⎫ ⎪⎝⎭，计算硬铝样品的导热系数。
【数据记录与处理】 表1 测橡皮样品的导热系数表2散热盘数据及冷却速率m = g ；=1R mm ；1h =mm作出ε-t 关系图，由图中2εε=点切线斜率求出2εεε=⎪⎭⎫⎝⎛dt d 并求出橡皮样品的导热系数。
实验二十七导热系数的测量
实验二十七导热系数的测量1.本发明属于冶金技术领域，涉及采用激光导热仪测试钢铁、钛材产品导热系数的技术领域，具体涉及一种导热系数的测试方法。
背景技术：2.加热炉是钢铁生产中不可缺少的热工设备，其任务是按生产节奏加热钢坯，使钢坯表面温度及内部温度分布满足轧制要求，同时均匀加热，避免过热和过烧现象，减少钢坯的氧化和脱碳，从而为轧机提供加热质量优良的钢坯。
钢坯的在炉时间、各段加热温度、出钢温度等由加热炉控制模型进行控制，而钢坯的导热系数等因直接参与钢坯受热升温的温度测算，从而对模型计算精度有直接影响，即，导热系数准确，模型计算精度相应升高，模型计算所得出钢温度与实际出钢温度愈发接近，对加热炉的精细化控制精度也越高，可避免出现钢坯温度不足轧制困难的现象，特别是避免过烧现象的发生，防止钢坯在炉时间过长，减少燃料用量，提高加热炉效率。
与此同时，保证了钢坯组织按温度控制呈现相应的形态，从而保证钢坯性能，提升了加热质量。
3.随着工艺技术的不断进步，钛材产品发展迅速，钛材轧制对于加热炉的要求更高，因此，尽量精确地确定各参数的取值成为精细化操作、提高烧钢质量的重要途径，而导热系数作为一项直接参与计算的参数其重要性不言而喻。
而激光导热仪作为一项自动化程度高、测量精度高的导热系数测试仪器也受到越来越多的关注和青睐。
激光导热仪测试材料的范围较为宽泛，包括耐火材料、钢铁样品等等，然而，由于钢铁产品的测量温度较高，一般达到1200℃甚至更高，且其基体为铁元素，内含碳、硅、锰、磷、硫、钒、钛等多种元素，高温稳定性较差，易于与样品的承载容器(一般为不同材质的坩埚)发生反应，轻则，样品变形，实验失败，重则，承载容器破裂，造成设备损伤。
4.因此，研究一种可保障检测仪器安全的合金材料导热系数的测试方法很有必要。
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稳态的VT2值0.3 mV左右后，再将加热盘移开，让散 热盘自然冷却，每隔30秒记下散热盘的VT2值，根据 测量值计算出散热速
散热速率：
时间（s） 0 VT3
（mV）
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
6、测定样品盘和散热盘的直径及厚度。
用游标卡尺测量样品盘的直径DB和厚度 hB，各测量3次。 用游标卡尺测量散热盘的直径DP和厚度 hP，各测量3次。（来的较早的同学此 项工作可实验开始前先做）
7、用电子天平测量散热盘的质量mP。
注意事项
1、热电偶丝较细，应尽量避免弯折。 2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。 3、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高， 注意避免烫伤。
1、学习用稳态法测量物体的导热系数。 2、学习利用物体的散热速率来求传热速率。 3、学会用热电偶测量物体的温度。
二、实验仪器
TC-3型固体导热系数测定仪（包括以下四个部分： 热源、样品架、测温部件、计时装置）、游标卡 尺、电子天平、制冰机。
带电热板 的发热盘
样品盘
散热盘
温差电 偶
杜瓦瓶
加热选 择开关
4、大约加热40分钟后，传感器读数基本不再上升 时，每隔3分钟记录VT1和VT2的值。
稳态时加热盘和散热盘的VT1和VT2示值表
时间（min） 0 3 6 9 12 15 18 VT1（mV） VT2（mV）
5、测定散热盘在稳态值T2附近的散热速率。戴上隔 热手套，移开加热盘，取下样品盘，并使得加热盘的
2、在杜瓦瓶中放入冰水混合物（冰可能多一 些），将热电偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。 再将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘和散 热盘侧面的小孔中。连接好热电偶。
3、接通仪器电源，将加热开关打向“3”档， PID温度传感器设置上限温度为80 ℃。（注意：此 时热电偶的示值在3.20 mV左右。）当温度升到接 近80 ℃时，再将开关打向“1”档。
导热系数的测定
物理实验教学中心
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的 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。本实验采用稳态法测量材料热导率。通过 实验可以加深对热传导规律的理解，体会使用参 量转换法的设计思想，掌握用温度传感器测量的 方法。
一、实验目的
Q t
m
c
T t
( Rp2 2 Rp hp ) (2 Rp2 2 Rp hp )
导热系数为：
m
c
T t
(Rp +2hp ) hb (2Rp 2hp ) (T1
T2
)
1 RB2
四、实验步骤
1、实验时，先将待测样品盘放置于加热盘下面， 用固定螺母固定于支架上，再调节三个调节螺丝， 使得样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧 密接触，但不能使样品盘形变。
传感器切 换开关
温度传 感器I
外接
温度传 感器II
三、实验原理
热传导定律：如果热量沿着x方向传导，那
么在x轴上任意位置x0处取一个垂直截面△S （如图），以 dT 表示在x处的温度梯度，以
dx
dQ 表示在该处传
dt
热率（单位时间通 过截面△S的热量），
那么热传导定律可以表示成
dQ dT ds
dt dx
式中比例系数即为热导率，亦称导 热系数。
本实验的关键是给样品造成一个稳
定的传热状态，在此状态下，温度梯度
为：
dT T1 T2 dx h
T1、T2是样品上下表面的稳定温度，h是 样品的厚度。
设:样品盘的半径为RB ，高度为hb； 散热盘的半径为RP ，高度为hP。
则稳态时铜盘的散热速率为：