实验《导热系数测定》
导热系数实验测定
导热系数实验测定
导热系数是描述材料导热性能的物理量，可以通过实验测定得到。
以下是一种测定导热系数的实验方法：
1. 准备实验样品：将需要测量导热系数的样品切成形状相同的小块，尺寸大约为1cm x 1cm x 1cm。
样品表面需要平整光滑，可以使用砂纸打磨。
2. 准备实验仪器：导热系数实验仪、温度计、电源等。
3. 实验步骤：
a. 将实验仪器接通电源，调整好温度计。
b. 将样品放在导热系数实验仪的试样台上。
c. 打开实验仪器，开始测试。
d. 实验仪器会通过导热方式将样品热量传递到散热器上，散热器会将热量散发到空气中。
e. 在测试过程中，记录样品表面和散热器表面的温度。
f. 根据测试数据，计算出样品的导热系数。
4. 实验注意事项：
a. 为了减小误差，需要重复测试多次，取平均值作为最终结果。
b. 在测试过程中，要保证实验环境的恒温恒湿，以免影响测试结果。
c. 在测试不同材料时，需要及时清洗试样台和散热器，以免样品之间相互影响。
这是一种比较简单的测定导热系数的实验方法，实际操作时还需要根据具体情况进行调整。
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。
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量（一）【实验目的】用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
【实验仪器】导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块【实验原理】根据傅里叶导热方程式，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 1、T 2的平行平面（设T 1>T 2），若平面面积均为S ，在t ∆时间内通过面积S 的热量Q ∆免租下述表达式：hT T S t Q )(21-=∆∆λ （3-26-1） 式中，tQ ∆∆为热流量；λ即为该物质的导热系数，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)(K m W ⋅。
在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，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 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度T 1、T 2，T 1、T 2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶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“传感器切换”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（3-26-1）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221)(B BR h T T t Q πλ-=∆∆ (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。
当热传导达到稳定状态时，T 1和T 2的值不变，遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量tQ ∆∆。
实验中，在读得稳定时T 1和T 2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。
当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的T 2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。
导热系数的测定
导热系数的测定一、实验目的1.学习测定不良导体导热系数的原理和方法。
2.测量样品的导热系数。
二、实验仪器实验台，100Pt 温度传感器，100Pt 数字温度计模块，导热系数实验对象。
三、实验原理1.热传导定律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。
早在1882年著名物理学家傅立叶就提出了热传导的定律：若在垂直于热传导方向x 上作一截面S ∆，以0x dx d ⎪⎭⎫ ⎝⎛θ表示0x 处的温度梯度，那么在时间t ∆内通过截面积S ∆所传递的热量△Q 为：S dxd t Q x ∆•-=∆∆0)(θλ （7-1） 式（7-1）中Q t∆∆为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处，与温度梯度方向相反。
比例系数λ称为导热系数，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，单位为：11--••K m W 。
2.稳态法测传热速率测定样品导热系数的实验装置如图1所示。
图中待测样品（圆盘）半径mm R 601=，厚度mm h 51=，样品上表面与加热盘（位于上方的黄铜盘）的下表面接触，温度为1θ，加热盘由内部电热丝供热，热量由加热盘通过样品上表面传入样品，再从样品下表面与散热盘（位于样品下面的黄铜盘）的上表面相接，温度为2θ，即样品中的热量通过下表面向散热盘散发。
样品上下表面温度可以认为是均匀分布，在1h 不很大情况下可忽略样品侧面散热的影响，则式（7-1）改写为：S h t Q121θθλ-=∆∆ （7-2） 式（7-2）中S 为样品横截面积。
当1θ、2θ稳定时，传热也达到稳定，即通过待测样品的传热率和黄铜盘向侧面和下面的散热率相同。
202101θθθθ==∆∆=∆∆t qt Q （7-3）式（7-3）中10θ、20θ是传热稳定时的样品上下表面温度，Q t∆∆是样品的传热速率，q t∆∆是黄铜盘散热率。
大学物理实验导热系数的测定
实验内容
记录橡胶盘（样品）、黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘质量mC，由实验室提供。
测量散热板（黄铜板）的冷却速率 ，计算。
稳态法测橡胶盘上下表面的温度10 和20
调整好实验装置,各盘之间不能有间隙。
调整电热板的供电方式,人为控制发热盘的温度在:
每隔2分钟观察散热盘的温度θ2 , 记录θ1 ， θ2；若在10分钟内θ2基本保持不变则系统的热传导已达到稳定状态。对最后10分钟内的5次温度分别求平均得θ10， θ20。
实验原理
考虑散热盘自由冷却与稳态时的散热面积不同，引入修正系数：
于是，导热系数为：
实验原理
0°C 冰水
4、温差热电偶的工作原理
两种金属接触处由于温度差而产生电动势的现象称为温差电动势，一般情况下，温差电动势近似与两接触端的温度差成正比。
检流计
加热
检流计
电压值即为温度示数
杜瓦瓶里冰水混合物为冷端；发热盘、散热盘分别与冷端形成两个温差电偶。
θ/mv
210
180
150
120
90
60
30
0
ｔ／Ｓ
用逐差法求冷却速率:
数据记录和处理
记录橡胶盘（样品）和黄铜盘（散热板）的直径、厚度DB、hB、DC、hC,黄铜盘（散热板）质量mC。
采用逐差法求散热板（黄铜板）在温度为20时的冷却速率 ，其中t=120s。
记录稳态时橡胶盘上下表面的温度10 和20
计算橡胶板的导热系数，并与标准值比较，计算出百分比误差。
操作要点
1
数字电压表调零，注意热电偶接线。实验过程中散热风扇保持开启。
2
构建稳态环境， 10保持在3.50mV±0.03mV范围内，测量20
实验29 导热系数测定
实验29 测量不良导体的导热系数一 实验目的1、学习动态平板法测量不良导体导热系数的方法。
2、掌握在科学工作室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法。
良导体，约为不良导体的10~1032倍，例如铜为100.42⨯。
导热系数的SI 单位是瓦特每米开尔文，单位符号为)/(k m W ⋅。
动态平板法图29—1所示，这样的一个热传导系统，在某一时刻，对于温度为2θ、质量为m 、比热为p c 的低温盘来说，当高温物体通过待测量的样品材料以tQ ∆∆的速率给低温物体输入热量，同时低温物体向四周散热。
根据能量守恒定律有散热dtd c m dt d c m t Qp p p p '22θθ+=∆∆ （2）式中dt d 2θ为低温物体温度为2θ时的温度变化率，散热‘dtd 2θ为低温物体温度为2θ时向图29—2 导热系数测定仪图29-3 应用计算机测量温度线路连接示意图热电偶的输出经两路直流电压放大器放大后接入500型科学工作室接口，利用科学工作室软件及计算机采集加热过程中系统的温度变化特性以及切断热源后散热盘的散热曲线，如图29—4所示。
玻管内，另一端插在散热盘P 侧面的孔中。
图29-5 双通道图表4、 在判断了热电偶的参考端和测量端后，按图29-3接线，分别将两路热电偶的参考端接入两路放大器的“-”极（黑端），测量端接入“+”极（红端）。
放大器A的输出接入PASCO科学工作室500型接口的B通道，放大器B的输出接入C通道。
连接时注意电压传感器输入与放大器输出极性，同极相连。
连线完毕后，接通接口电源，点击计算机上的科学工作室软件图标，进入软件界面。
选择模拟通道的用户自定传感通道并双击进入作相应设置。
图B通道加热盘温度用户自定义传感器窗口。
拖动通道，鼠标左键点击图表中的选、点击接触良好。
热电偶冷端插入在滴有硅油的玻璃管浸入冰水混合物中。
2、准备工作就绪，点击监察Atrl+M，观察两个盘温度显示是否合理，正常才能打开加热开关。
导热系数的测定实验
【
实 验 仪 器
】
1、热源：电热管、加热铜板。 2、样品架：样品支架、样品板。 3、测温部分：铜——康铜热电偶、数字式毫伏表。 仪 器 附 件（必备附件）有：
真空保温杯 橡 皮 样品 数字电压表 一只； 一块； 一台 硬铝样品 一块（附绝缘圆盘一块，供散热时覆盖用） 热电偶（铜-康铜） 二根 塞尺(测片) 一把
图1：稳态法测定导热系数实验装置图
【
实 验 内 容
】
1、取下固定螺丝，将样品放在加热盘与散热盘中间，然后固定：调节 底部的三个微调螺母，使样品与加热盘、散热盘接触良好； 2、将电热偶的两插头插在表盘的测2上，把冷端放在装有冰水混合物 的杜瓦瓶内的细玻璃管中，热端插在散热金的小插孔上：将另一热 电偶插在表盘的测1内，冷端也放入杜瓦瓶内的另一细管中；热端 插入加热盘上的小插孔中； 3、插好加热板的电源插头；再将驼线的一端与数字电压表相连，另一 端插在表盘的中间位置； 4、最后，分别接好导热系数测定仪与数字电压表的电源。 5、调节数字电压表的调零旋钮，再将加热开关拨至220V档，开始加热； 6、待稳定后，可以将切换开关分别拨至测1和测2端，记录此刻样品上、 下表面的温度；（每隔3分钟读样品上下表面的温度，若在10分钟 内样品上下表面的温度示数都不变。可以认为己经达到稳定状态。 7、移去样品，使加热盘与散热盘较好的接触，再将加热开关拨至 220V 档。加热散热盘。
【
注 意 事 项
】
h 1 m c | 2 3 t R 1 2 测θ 3值时可在θ 1、θ 2达到稳定时，将上面测θ 1 或θ 2的热电偶移下来进行测量。
| 3 t
、
1、在做稳态法时，要使温度稳定约要1个小时左右，为缩短时间，可先 将热板电源电压打在220V快速加热档，几分钟后θ 1 ＝ 4.00mV即可 将开关拨至110V慢速加热档待θ 1降至3.50mV左右时通过手动调节电 热板电压220V档、110V档及0V档，使θ 1读数在0.03mV范围内，同时 每隔2分钟记下样品上下圆盘A和P的温度θ 1 和θ 2的数值，待θ 2的 数值在10分钟内不变即可认为已达到稳定状态，记下此时的θ 1 和 θ 2值。 2、测金属的导热系数时θ 1 , θ 2值为稳态时金属样品上下两个面的温 度，此时散热盘P的温度为θ 3 值。因此测量P盘的冷却速率应为:
导热系数的测定(完整版)
二、实验原理：
1．热传导定律： ；
2．导热系数概念：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-1·开-1（W·m-1·K-1），导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一；
3．稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法；
得分
教师签名
批改日期
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
学院：
专业：课程编号：
组号：指导教师：
报告人：学号：
实验地点
实验时间：2009年月日星期
实验报告提交时间：2009年月日
一、实验目的
1.掌握用稳态法测量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。
5、讨论本实验误差因素，并说明测量导热系数可能偏小的原因。
A、样品表面老化，影响传热；
B、加热板，样品，散热板之间有缝隙，影响传热。
C、热电偶热端与发热盘和散热盘接触不良，应粘些硅油插入小孔底部，等等
6、测冷却速率时，为什么要在稳态温度 附近选值。？
A、当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度，环境温度都有关。
并给出λ测量结果.
思考题
1、导热系数的物理意义是什么？
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-1•开-1（W•m-1•K-1）。
2、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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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
2
2
4d 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 2
Q=(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。
四、实验步骤
1、试样制备
制备三块测出密度的试样、两块厚一块薄。
试样尺寸如下：
20×20×1.5 cm ; 20×20×4.5
2、测试前的准备
（1）将冰瓶中装入冰水混合物或水；
（2）开启电源，根据密度大小选择加热电压的大小（30v）。
（3）接通6V稳压电源，稳定半小时。
（4）量取薄试件中心处的厚度d（米），测３-５点取平均值，精确到0.1毫米。
（5）如图所示的顺序安放厚、薄试件，冷、热面热电偶和加热器，并用夹具固紧。
注意两电偶尽量分别安装在薄试件上、下表面的中心垂直线上。
（6）校正好电位差计。
测量上、下两电偶的温度是否一致，若相差小于0.1℃（即4μv）时，测量并记录薄试件上、下表面的热电势E0′、E0 ，用温度计测出冰瓶的温度，查“温度-毫
伏”对照表得出冰瓶温度相应的毫伏数，再分别加上试件上、下表面的热电势E0′、E0，得
出的毫伏数再查“温度-毫伏”对照表得出上、下表面的初始温度t0′和t′。
（7）接通加热器电源，与此同时启动两只秒表，并用电位差计测量与加热器串联的0.010Ω标准电阻的电压降从而计算出加热电流Ⅰ（安）。
（8）当加热时间为4-5分钟，并且温升不小于10℃（毫伏数比E0高出0.5mv）左右时，测量下表面的电动势E1（温度），并用一秒表记录时间。
1
（8）当薄试件上表面升温达2℃（毫伏数比E0高出0.08mv）左右时，切断加热电源，并同时停一秒表，记录时间τ′测量出上表面的电动势E′（温度）。
要求：τ′与τ1间隔时间不大于1分钟。
（9）按“停止”按钮，切断加热电源，同时记录秒表读数τ2，τ2可以等于τ′也可以大于τ′但间隔不超过30秒。
（10）过3-5分钟后测下表面（热源面）的电动势E2（温度），并用一秒表记录时间τ3。
（11）实验结束，拆卸试件，仪器按钮复位，关闭电源。
五、实验数据整理和导热系数的计算
1.冰瓶水温：25℃(1mv)；加热板电阻：41.6Ω；薄试样密度：0.63g/cm3薄试样厚度：0.02m 标准电池电动势：1.0184V
2. 薄试样上表面温度值
（1）初始温度
t’0=E’0+1mv=1.029 mv 查对照表为25℃。
（2）加热时间为t’时的温度
t ’= E ’+1 mv=1.121 mv 查对照表为28℃。
3. 薄试样下表面温度值 （1） 初始温度
t0=E0+1 mv=1.0285 mv 查对照表为25℃。
（2） 加热时间为t1时的温度
t1=E1+1 mv=1.737 mv
（3） 加热时间为t3时的温度
t3=E3+1mv=1.3875 mv 查对照表为34℃。
4.计算
(,)x θτ'' =t ’-t0=28-25=3
1(0,)θτ =t1-t0=42-25=17 3(0,)θτ =t3-t0=34-25=9
t1=4’30”=0.0749h 1t =0.274 t ’=6’30”=0.1035h '
t =0.322
t2=7’07”=0.1185h 23t t - =0.322
t3=14’47”=0.2464
3
t =0.496
3t -2
3t t -
=0.128
()B y =
=
322
.017274
.03⨯⨯=0.150
y2=0.68 a=
2
'42
y t d
=0.00142(m2/h) λ=
=
14
.39128
.00377.0510⨯⨯⨯ =0.154(w/m.k)
附一电位差计工作原理
附二温度-热电势对照表(铜-康铜热电偶)
附三函数B（y）表
附四部分材料热导率表
（附1）电位差计的工作原理
仪表中工作电流保持不变的电位差计可以保证高的标准度，因为在求被测热电势的数值时，我们是以已知的高准确度的标准电势为根据的，而所用的电阻器电阻值，也能做到具有足够高的准确度（±0.10～±0.001%）。
工作电流不变的电位差计原理如图所示，一台较完善的电位差计，基本上由三个回路组成：图3 电位差计原理图
计。
5、测试完毕，把测量转换开关K2 放在“断”的位置。
（附2）、部分材料的热导率
名称热导率（J.s-1.m-1.K-1）名称热导率（J.s-1.m-1.K-1）空气(00C) 2.4×10-2 砂石 2.03
氢气(00C) 1.4×10-1矿渣砖 5.8×10-1
铝 2.0×102沙(湿度<1%) 8.1×10-1
铜 3.9×102胶合板 1.7×10-1
钢 4.6×10 软木板 5.6×10-2
钢筋混凝土 1.55 沥青油毡 1.7×10
碎石混凝土 1.16 石棉板 4.7×10-2
3.0×10-2
煤渣混凝土0.70 聚氯乙烯(泡
沫塑料)
大理石类 3.49 聚氨脂 2.0×10-2
（附3）、一些材料的比热。