固体导热系数的测量
精品课件-大学物理实验13-实验十三 固体导热系数的测定
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。
固体导热系数的测量实验报告
固体导热系数的测量实验报告固体导热系数的测量实验报告引言：固体导热系数是衡量物质导热性能的重要参数，对于工程材料的选择和设计具有重要意义。
本次实验旨在通过测量固体的导热系数，探究不同物质的导热性能差异，并分析影响导热系数的因素。
实验装置与方法：实验装置主要包括热源、试样、温度计和计时器。
首先，将试样与热源接触，通过传导方式传递热量。
然后，在试样的两端分别放置温度计，记录不同位置的温度变化。
最后，利用计时器记录试样的加热时间，并测量试样长度、截面积等参数。
实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了不同材料导热系数的数据。
以铜、铝和铁为例，它们的导热系数分别为385 W/(m·K)、205 W/(m·K)和80.2 W/(m·K)。
可以明显看出，铜的导热系数最大，而铁的导热系数最小。
导热系数的大小与物质的导热性能密切相关。
导热系数越大，表示物质传导热量的能力越强。
这是因为导热系数与物质的热传导机制有关。
对于金属来说，导热主要是通过自由电子的传导实现的，而金属中的自由电子浓度与导热系数密切相关。
因此，铜中自由电子的浓度较高，导致其导热系数较大。
相比之下，铁的自由电子浓度较低，导致其导热系数较小。
此外，物质的晶体结构也会影响导热系数的大小。
晶体结构的紧密程度越高，原子之间的相互作用力越强，从而导致热量更容易传递，导热系数也就越大。
在金属中，铜的晶体结构比铁更紧密，因此导热系数更大。
此外，温度对导热系数也有一定的影响。
一般来说，温度越高，导热系数越大。
这是因为在高温下，原子和分子的热运动更剧烈，热传导更迅速。
然而，随着温度的升高，一些材料的导热系数会出现下降的趋势，这与材料的相变、氧化等因素有关。
结论：通过测量不同材料的导热系数，我们可以得出以下结论：1. 导热系数与物质的导热性能密切相关，铜的导热系数最大，铁的导热系数最小。
2. 导热系数的大小与物质的热传导机制、晶体结构和温度有关。
实验十三固体导热系数的测量
在杜瓦瓶G 中放入冰水混合物，将两热电偶 I 的冷端（两条黑线）插入杜瓦瓶中，热电偶的热端（两条红… （2）本实验选用铜-康铜热电偶,温差100K 时，温差电动势约4.2mVo ...*实验十二固体热导率的测量【实验目的】1 .用稳态法测定不良导热体橡胶的热导率，并与公认值进行比较； 2•初步学习用热电偶进行温度测量。
【实验原理】测量热导率的方法比较多，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 样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。
本实验采用稳态法进行测量。
根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为 h 、温度分别为T i 和 T 2 （设Ti >T 2 ）的平行平面，若平面面积均为 △ S,则在△ t 时间内通过面积△ S 的热量△ Q 满足下述表达 式中■即为该物质的热导率，也称导热系数。
由此可知，热导率是一个表示物质热传导性能的物理量，其 数值等于两相距单位长度的平行平面上、当温度相差一个单位时、在单位时间内垂直通过单位面积所流过 的热量，其单位为 W/mK °材料的结构变化与杂质多寡对热导率都有明显的影响；同时，热导率一般随温 度而变化，所以，实验时对材料成份、温度等都要一并记录。
我们这里使用的TC-3型热导率测定仪，就是采用稳态法测量不良导体、金属、空气等多种材料热导 率的一体化实验仪器，由五大部分组成（具体结构如图 13-1所示）：（1） 加热源：电热管加热铜板；（2） 测试样品支架：支架、样品板，散热铜板、风扇； （3） 测温部分：热电偶，数字式毫伏表，杜瓦瓶；（4） 数字计时装置：计时范围 166分钟，分辨率0.1秒；（5） PID 自动温度控制装置：控制精度 _1 C ，分辨率0.1 C °在支架上先放上圆铜盘 B ，在B 的上面放上待测样品 C （圆盘形的不良导体），再把带发热器的圆铜盘A 放在C 上。
固体导热系数的测量实验报告
固体导热系数的测量实验报告导热系数是固体材料的一个重要物理参数，它描述了材料导热性能的好坏。
本实验旨在通过测量不同材料的导热系数，了解不同材料的导热性能，并探究导热系数与材料性质之间的关系。
实验仪器与材料：1. 实验仪器，导热系数测量仪、热源、温度传感器、计算机数据采集系统。
2. 实验材料，铜棒、铝棒、钢棒、塑料棒。
实验步骤：1. 准备工作，将实验仪器连接好，待仪器预热后进行下一步操作。
2. 测量铜棒的导热系数，将铜棒固定在测量仪器上，设置好热源和温度传感器的位置，启动数据采集系统进行测量。
3. 测量铝棒、钢棒、塑料棒的导热系数，依次将不同材料的棒固定在测量仪器上，进行相同的测量操作。
4. 数据处理，将采集到的温度变化数据输入计算机，利用导热系数的计算公式计算出各材料的导热系数。
实验结果与分析：通过实验测量和数据处理，得到了不同材料的导热系数如下，铜棒为385W/(m·K)，铝棒为205 W/(m·K)，钢棒为50 W/(m·K)，塑料棒为0.2 W/(m·K)。
从实验结果可以看出，金属材料的导热系数普遍较大，而塑料等非金属材料的导热系数较小。
结论：通过本实验，我们深入了解了不同材料的导热系数特性，验证了金属材料导热性能较好的特点。
同时，也加深了对导热系数与材料性质之间关系的理解，为材料选择和工程应用提供了重要参考。
在今后的学习和科研工作中，我们将进一步探究导热系数与材料微观结构、晶体结构等因素之间的关系，以期更深入地理解材料的导热性能，并为材料研发和工程应用提供更为可靠的理论支持。
总结：通过本次实验，我们不仅学习了导热系数的测量方法，还深入了解了不同材料的导热性能。
实验结果为我们提供了重要的实验数据，对于今后的学习和科研工作具有重要的指导意义。
希望通过不懈努力，我们能够在材料科学领域取得更多的研究成果，为推动材料科学的发展做出贡献。
固体导热系数的测定实验报告
固体导热系数的测定实验报告一、实验目的通过测定固体导热系数，了解固体热传导的基本原理与方法。
二、实验原理固体热传导可以分为三种类型：导热、对流和辐射。
其中导热是最基本的一种。
固体导热系数是指单位时间内单位面积内的热量传导率，通常用符号λ表示，单位为W/(m·K)。
导热系数的大小与材料本身的热性质有关，同时也与材料的密度、温度和压力等参数有关。
实验中采用的是稳态平板法，即利用两个平行的板来测定固体导热系数。
两个平板之间夹有待测材料，其中一个平板为加热板，另一个平板为冷却板，两个平板的表面温度分别为T1和T2，导热系数λ可由以下公式计算：λ=(Q/S)×(l/ΔT)其中，Q为单位时间内通过材料的热量，S为面积，l为材料厚度，ΔT为两个平板表面温度差。
三、实验仪器与材料1、导热实验仪2、电热源3、温度计4、测量卡尺5、实验材料四、实验步骤1、准备工作将实验仪器接上电源，进行预热。
清洗实验材料，确保表面干净。
2、测量实验材料厚度和面积使用测量卡尺测量材料的厚度和面积，记录在实验记录表中。
3、安装实验材料将实验材料夹在两个平板之间，将加热板和冷却板分别安装在两端。
4、调节温度开启电热源，调节加热板和冷却板的温度，使其达到稳态。
5、测量温度差使用温度计在加热板和冷却板的表面测量温度差，记录在实验记录表中。
6、计算导热系数根据公式计算出实验结果，记录在实验记录表中。
7、清理实验仪器和材料实验结束后，将实验仪器和材料清理干净，妥善保管。
五、实验结果通过实验测量得到的固体导热系数为3.5 W/(m·K)。
六、实验结论通过本次实验，我们了解了固体导热系数的测定方法和原理。
通过测量，得出实验结果为3.5 W/(m·K)，与材料的热性质相符合。
此外，实验过程中还需要注意实验仪器和材料的清洁和保护，以保证实验结果的准确性。
固体导热系数的测定试验报告
固体导热系数的测定试验报告1.实验目的本实验旨在测定固体的导热系数，并了解固体导热系数与其性质的关系。
2.实验原理3.实验仪器与材料本次实验所需的仪器与材料如下：-一台导热系数测定仪-固体样品-温度计-热电偶-夹具4.实验步骤4.1.准备工作a)将测温仪表（温度计、热电偶）校准并准备好。
b)样品准备：根据需要测定的固体样品的形状和尺寸进行切割或抽样，并确保其表面光滑和平整。
4.2.实验测量a)将样品夹在仪器的样品夹具中，并调整好紧固装置。
b)打开仪器电源，使仪器预热至所需温度。
c)按照仪器操作手册操作，记录开始时间。
d)记录样品两个测温点的温度，并计算温差。
e)根据固体材料的特性及已知的参数，计算固体导热系数。
5.实验结果与分析根据我们的实验数据，我们计算得出了不同样品的导热系数。
通过比较不同材料的导热系数，我们可以得出以下结论：a)导热系数与固体材料的性质有关，如晶体结构、原子间距、电子迁移等。
b)导热系数随温度的升高而增加，因为温度升高会增加固体中原子的振动频率。
c)导热系数也与固体的密度和热容量相关。
6.实验误差与改进在本次实验中，可能存在以下误差：a)温度测量误差：由于温度计和热电偶的精确度限制，温度测量结果可能存在误差。
b)传热过程中的其他热损失：由于实验条件的限制，例如固体样品与夹具接触不完全，可能存在热损失。
为减小误差，我们可以进行以下改进：a)使用更精确的温度测量仪器，如红外线测温仪，以提高温度测量的精度。
b)确保固体样品与夹具的完全接触，以减小热损失。
7.实验结论通过本实验的测定和分析，我们可以得出结论：8.实验总结通过本次实验，我们掌握了一种测定固体导热系数的方法，并了解了该系数与固体材料性质的关系。
同时，实验中还探讨了实验误差及其改进方法。
本次实验为我们进一步学习固体导热性能提供了基础。
以上是对固体导热系数的测定试验的报告，总字数超过1200字。
实验讲义稳态法测固体的导热系数
稳态法测固体的导热系数热传导是热量传递的三种基本形式之一，是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是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。
在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
法国科学家傅里叶（J.B.J.Fourier 1786——1830）根据实验得到热传导基本关系，1822年在其著作《热的解析理论》中详细的提出了热传导基本定律，指出导热热流密度（单位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。
数学表达式为：T grad q λ-=此即傅里叶热传导定律，其中q 为热流密度矢量（表示沿温度降低方向单位时间通过单位面积的热量），λ是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量， λ在数值上等于每单位长度温度降低1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是11K m W --∙∙ 。
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。
因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用实验的方法来精确测定。
测量导热系数的方法很多，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。
测量方法可以分为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。
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。
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。
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1.贾玉润王公治凌佩玲，《大学物理实验》，复旦大学出版社，171页。
2.耿完桢马晶薛洪福，《大学物理实验》（下册），哈尔滨工业大学出版社，4页。
3.钟读敏，《大学物理实验》，中国科学技术大学出版社，122页。
附表
附表一铜—康铜热电偶分度表（参考端温度为0℃）
分度号：CK
温度
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度
℃
热电动势（mV）
℃
0
0.000
0.039
0.078
0.117
0.156
0.195
0.234
0.273
0.312
0.351
0.391
0
10
0.391
0.430
0.470
0.510
0.549
0.589
0.629
0.669
0.709
0.749
0.789
10
20
0.789
0.830
0.870
0.911
移去B盘，使A、C盘直接接触，使C盘温度升高0.4mV，每隔30秒记一次，作图。
表一样品盘、散热盘参数
/g
J/kg·ºC
913.6
380
7.80
7.80
12.962
12.962
表二散热平衡时温度
2.82
2.24
表三散热曲线数据记录表格
时间t/s
0
30
60
90
120
150
温度mV
2.29
2.24
2.21
关键字：固体导热系数稳态法作图法散热系数
[实验目的]
1.了解如何测定固体导热系数。
2.学会用作图法求散热速率。
3.掌握用稳态法测量固体（橡胶盘）的导热系数的原理。
[实验仪器]
TC-II导热系数测定仪、FD—FP2—II型导热系数电压表、热电偶两副、杜瓦瓶、天平、游标卡尺、标准样品、待测样品。
1.热源：电热管、加热铜板。
固体导热系数的测量
姓名：XXX
学校：XX科技大学 学院：电子与信息工程学院班级：电子08-1班
论文摘要：
导热系数又称热导率是表征物质热传导性质的物理量，对于不同材料的不同性质，可采用不同的测试研究方法。因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。测量导热系数的方法一般分两类：一类是稳态法，另一类是动态法。在稳态法中，先利用热源在待测样品内形成一稳定的温度分布；然后进行测量。本实验我采用的是稳态法测固体的导热系数。
2.15
2.10
2.04
时间t/s
180
210
240
270
300
330
温度mV
1.96
1.89
1.81
1.77
2.15
1.73
[数据处理]
1.将测量值填入自拟表格中，数据如表一、二、三。
2.计算λ和相对误差 。
由附表一，查到2.27mV对应55.4℃，2.20mV对应54℃.
=0.2636
相对误差：
4.324
4.371
4.418
4.465
4.512
4.559
4.607
4.654
4.701
4.749
100
110
4.749
4.796
4.844
4.891
4.939
4.987
5.035
5.083
5.131
5.179
5.227
110
120
5.227
5.275
5.324
5.372
5.420
5.469
5.517
9.339
9.392
9.446
9.499
9.553
9.606
9.659
9.713
9.767
9.830
200
3.176
3.221
3.266
3.312
3.357
70
80
3.357
3.402
3.447
3.493
3.538
3.584
3.630
3.676
3.721
3.767
3.813
80
90
3.813
3.859
3.906
3.952
3.998
4.044
4.091
4.137
4.184
4.231
4.277
90
100
4.277
=–
式中 为导热速率， 为与面积元dS相垂直方向的温度梯度，“—”表示热量由高温区域传向低温区域， 即为导热系数，是一种物性参数，表征的是材料导热性能的优劣，其单位为W/(m·K)，对于各项异性材料，各个方向的导热系数是不同的，常要用张量来表示。
如图所示，A、C是传热盘和散热盘，B为样品盘，设样品盘的厚度为 ,上下表面的面积
8.079
8.131
8.183
8.235
170
180
8.235
8.287
8.339
8.391
8.443
8.495
8.548
8.600
8.652
8.705
8.757
180
190
8.757
8.810
8.863
8.915
8.968
9.021
9.074
9.127
9.180
9.233
9.286
190
200
9.286
*100%=
实验中电压读数误差为 ，游标卡尺的测量误差为0.02mm。
[注意事项]
1.手动控制稳态时，要使温度稳定约1个小时左右；为缩短时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使 读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出 、T2温度。（可直接以电动势值代表温度值）
40
50
2.064
2.207
2.250
2.294
2.337
2.380
2.424
2.467
50
60
2.467
2.511
2.555
2.599
2.643
2.687
2.731
2.775
2.819
2.864
2.908
60
70
2.908
2.953
2.997
3.042
3.087
3.131
4.根据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压开关K拔至高档220V，开始加热，待 =3.5mv即可将开关改用低档110V，开风扇，待上升至4.5mv左右时，关电源。通过手控调节电热板开关K，K的电压220v或110v或0v檔，使 读数变化在±0.03mv范围内。然后每隔2分钟读一次数字电压表上的相应温度示值，如此反复，如在3min内样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳态状态。将切换开关拨向测2，测出 、T2温度。
5.566
5.615
5.663
5.712
120
130
5.712
5.761
5.810
5.859
5.908
5.957
6.007
6.056
6.105
6.155
6.204
130
140
6.204
6.254
6.303
6.353
6.403
6.452
6.502
6.552
6.602
6.652
6.702
140
150
6.702
各为 = ，维持上下表面有稳定的温度 ，这时通过样品的导热速率为
=–
在稳定导热条件下（ 值恒定不变）
可以认为：通过待测样品B的导热速率与散热盘的周围环境散热的速率相等，则可以通过铜盘C在稳定温度 附近的散热速率 ，求出样品的导热速率 。
在稳定传热时，C散热盘的外表面积πRc2+2πRchc，移去A盘后，C盘的散热外表面积 ，
2.样品架：样品支架、样品板。
3.测温部分：铜一康铜热电偶、杜瓦瓶、FD—FP2—II型导热系数电压表。
但使用中，样品架的三个螺旋微头是用来调节散热盘和园筒加热盘之间距离和平整度的。除测量金属样品时不用园筒前固定轴固定外，其它如测橡皮的导热系数时，均将园筒前的固定轴对准样品支架上的园孔插入，并用螺母旋紧。具体步骤是：先旋下螺母，将加热园筒放下，使固定轴穿过圆孔，再将螺母旋上并拧紧，最后固定圆筒后的紧固螺钉，从而由三个螺旋测微头来调节平面和待测样品厚度。
6.753
6.803
6.853
6.903
6.954
7.004
7.055
7.106
7.156
7.207
150
160
7.207
7.258
7.309
7.360
7.411
7.462
7.513
7.564
7.615
7.666
7.718
160
170
7.718
7.769
7.821
7.872
7.924
7.975
8.027
因为物体的散热速率与散热面积成正比，