导热系数的测定
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。
导热系数检测内容及方法
导热系数检测内容及方法（1）防护热板法检测导热系数本方法适用于处于干燥状态下单一材料或者复合板材等中低温导热系数的测定。
依据标准：《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-88原理：在稳态条件下，防护热板装置的中心计量区域内，在具有平行表面的均匀板状试件中，建立类似于以两个平行匀温平板为界的无限大平板中存在的一维恒定热流。
为保证中心计量单元建立一维热流的准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。
并且需有足够的边缘绝热或（和）外防护套，特别是在远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。
通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积A、试件冷、热表面的温度差/T,可计算出试件的热阻R 或热导率CA（C1试验仪器：1.1平板导热仪(1)导热系数测定范围：(0∙020~L000)W∕(m∙K)(2)相对误差：±3%(3)重复性误差：±2%(4)热面温度范围：(0-80)℃(5)冷面温度范围：(5~60)℃1.2、钢直尺1.3、游标卡尺2、试件要求：1)尺寸试件测量范围：30OmmX30OnInIXI(10~38)mm试件的表面用适当方法加工平整，使试件与面板紧密接触，刚性试件表面应制作的与面板一样平整，并且整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%。
试件的尺寸应该完全覆盖加热单元的表面，由于热膨胀和板的压力，试件的厚度可能变化，在装置中在实际的测定温度和压力下测量试件厚度。
热敏感材料不应暴露在会改变试件性质的温度下，当试件在实验室空气中吸收水分显著(如硅酸盐制品)，在干燥结束后尽快将试件放入装置中以避免吸收水分。
3、试件加工试验前，将试件加工成30OnlnI(长)×300mm(宽)的正方形，并且保证冷热两个传热面的平行度，特别是硬质材料的试件，如果冷热两个测试面不平行，这种情况下必须将试件磨平后才能做实验。
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
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
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
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
导热系数的测定
、
面和待测样品厚度。 2．将一个电热偶的插头插在表盘的测2内，把冷端放入装有冰水混合物的真空保温 杯内的细玻璃管中，热端插在散热盘的小插孔上；将另一个热电偶插头插在表盘的 测1内，冷端也放入装有冰水混合物的真空保温杯内的另一细管中；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 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．分别接好导热系数测定仪与数字电压表的电源；数字电压表采用3位半LED显示， 最大量程为20mV。 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，可以认为已经达到稳定状态了)； 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； 8．移开加热板，在散热盘上放置胶木板，使散热盘自然冷却；稳定状态时，通过样 品上表面的热速率与由散热盘向周围环境散热速率相等。记录散热盘冷却至稳态时 的温度。 根据上述装置，由傅里叶导热方程式可知，通过待测样品B盘的热流量 Q / t 为：
Q 2 R 2 1 t h
式中h为样品厚度，R为圆盘样品的半径， 为样品热导率，
1
2
分别为稳态时样品上下平面的温度。
、
实验过程中，当传热达到稳态时，样品上下平面的温度将稳定不变，这时可以认为发 热盘A通过圆盘样品上平面传入热量的速率与由散热盘P向周围环境散热的速率相等。 因此可以通过散热盘P在稳定温度 时的散热速率求出热流量.方法如下：当读得稳 后，将样品B盘抽去，让发热盘A的底面与散热盘P直接接触，使盘P的温 态时的 度上升到比 高出1mV左右时，再将发热盘A移开，放上圆盘样品（或绝缘圆盘）， 让散热盘P自然冷却（电扇仍处于工作状态），每隔30秒钟读一次散热盘的温度示 值，选取邻近 的温度数据，求出铜盘P在的冷却速率 ，则 就是散热盘在 时的散 h 1 mc | 热速率，代入式（3-2）得： t R (3-3)式中, 为样品的质量，为样品 比热容。但须注意，这样求出的 是散热盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其 p 2 R p h p 散热表面积为 2 R2 （其中 与 分别为散 热盘P的半径与厚度）。然而，在观测样品稳态传热时，P盘的上表面（面积为 ）是 被样品覆盖着的。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，则稳态时散热盘散 热速率的表达式应修正如下：
导热系数的测定
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仪器简介
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固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜 盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上 再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度T1、T
２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中
的热电偶来测量（热电偶接数字电压表），热电偶冷
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问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态 温度附近选值？ 2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条 件？在实验中如何确定和保证？ 3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘 上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有 影响，为什么？
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dT dx
表示在x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
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Q dT S t dx
这就是傅立叶热传导定律。 式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即传导 的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数 即为导热系数，它表示相距单位长度的两平面的温
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。
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数据处理
1、根据
4m ckh 1 2 d T1 T2
计算及其不确定度，正确表示结果。 2、将测得样品的与标准值0比较，计算百分误差。
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注意事项 1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。 3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。 4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，注意 避免烫伤。 5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧固定 在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。
导热系数的测定方法
导热系数的测定方法导热系数（thermal conductivity）是指物质传导热量的能力，是描述物质热传导性能的重要参数。
测定物质的导热系数有多种方法，下面将介绍其中常用的几种方法。
1.热板法测定导热系数热板法是一种常用的测定导热系数的方法。
该方法需要将待测物质包裹在两块热板之间，首先加热其中一块热板，保持另一块热板的温度恒定，然后通过测量两块热板之间传导的热流量和温度差来计算导热系数。
该方法适用于导热系数在0.03-200W/m·K范围内的材料。
2.平板法测定导热系数平板法是另一种常用的测定导热系数的方法。
该方法将待测物质切割成平板状，在平板两侧施加不同温度，通过测量两侧温度差和传导热流量来计算导热系数。
该方法适用于导热系数在0.1-500W/m·K范围内的材料。
3.横向比热差法测定导热系数横向比热差法是一种用于测定导热系数的动态方法。
该方法将待测物质制成棒状，在其表面施加周期性的热源和热沉，通过测量棒状物体两处的温度差和周期性热流量来计算导热系数。
该方法适用于导热系数在0.2-10W/m·K范围内的材料。
4.传导-对流法测定导热系数传导-对流法是一种用于测定导热系数的方法。
该方法将待测物质加工成圆柱形，通过测量圆柱的传热速率和端部的温度差来计算导热系数。
在传热过程中考虑了传导和对流两个因素。
该方法适用于导热系数在0.03-100W/m·K范围内的材料。
5.热流计法测定导热系数热流计法是一种常用的测定导热系数的方法。
该方法使用热流计进行测量，将待测物质放置在热流计中，通过测量热流计两侧温度的变化和流过的热量来计算导热系数。
该方法适用于导热系数在0.1-500W/m·K范围内的材料。
除上述方法外，还有一些其他测定导热系数的方法，例如横向比热法、横向热流测量法、测量材料的导电系数然后通过Wiedemann-Franz定律计算导热系数等。
这些方法各有优缺点，选择合适的方法需要考虑待测物质的性质、测试条件和测量精度等因素。
导热系数测定
导热系数的测定热传导是热量交换（热传导、对流、辐射）的三种基本方式之一，导热系数（又称热导率）是反映材料热传导性质的物理量，表示材料导热能力的大小。
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，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量有关。
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精确测定。
材料又分为良导体和不良导体两种。
对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的流体在某段时间内通过的热量。
对于不良导体则用稳态平板法测量其导热系数。
所谓稳态即样品内部形成稳定的温度分布时即为稳态。
本实验就是用稳态法测量不良导体的导热系数。
【实验目的】1. 了解热传导现象的物理过程，巩固和深化热传导的基本理论；2. 学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数；3. 学会用作图法求冷却速率；4. 了解实验材料的导热系数与温度的关系。
【实验原理】1. 导热系数根据1882年傅立叶（）建立的热传导理论，当材料内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传向低温处，这时，在dt 时间内通过dS 面积的热量dQ ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是热导系数，即：dS dzdT dt dQ λ-= （1） 式中dt dQ 为传热速率，dzdT 是与面积dS 相垂直的方向上的温度梯度，负号表示热量从温度高的地方传到温度低的地方，λ是导热系数。
国际单位制中，导热系数的单位为W ·m －1·K －1。
2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数设圆盘P 为待测样品，如图1所示，待测样品P 、散热盘B 二者的规格相同，厚度均为h、截面积均为S（42DSπ=，D为圆盘直径），上下两面的温度为1T和2T保持稳定，侧面近似绝热，则根据（1）式可以知道传热速率为：ShTTShTTdtdQ2112-=--=λλ（2）为了减小侧面散热的影响，圆盘P的厚度h不能太大。
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导热系数的测定
一、实验目的
1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。
2．学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。
二、导热系数的测定原理
本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。
按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。
在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热
面温度T
1，冷面温度T
2
和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚
度δ。
将dt/dn=（T
2-T
1
）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T
1
-T
2
）]，便可
以计算出材料的导热系数。
图1：双试件导热系数测试装置原理示意图
A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面
E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点
三、实验步骤
1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。
不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%.
2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。
3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。
4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。
5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。
因实验条件有限，现在我们用自来水代替。
6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。
7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。
已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。
8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。
9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。
记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。
10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。
11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。
12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。
接通主炉、环炉电源，调整好主炉、环炉的电压、电流，试样开始受热，温
度上升，用热电偶对1~8点的温度进行监控，每隔15分钟测量1~8点的电位差计读数，直到连续四次记录结果相差不大，各点电位差计读数变化率不超过±1%，可认为试样达到稳定状态，查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度T
1
和
T
2
，热流量由主炉电功率算出，试样面积为热板两侧计量面的和，d为计量面直径为5cm，则面积A=2×πd2/4=0.003925 m2，试样的厚度δ，代入公式λ =Qδ/[A
（T
1-T
2
）]，便可计算试样的导热系数。
四、数据处理
测试条件为：
主炉：电压U=8.5V 电流I=1.85A；
环炉：电压U=16.4V 电流I=2.00A。
热流量由主炉电功率算出，所以，热流量Q=8.5×1.85=15.725W；1~8点的电位
差计读数如下表1。
查热电偶分度表，得出对应的热面和冷面温度T
1和T
2
如表2。
表1 测温点的电位差与时间对应表
时间间隔测温点
1/mv
测温点
2/mv
测温点
3/mv
测温点
4/mv
测温点
5/mv
测温点
6/mv
测温点
7/mv
测温点
8/mv
1h
15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 15min 1.060
2.467
2.594
2.643
2.677
2.712
2.760
2.775
2.792
2.872
2.873
1.089
2.614
2.602
2.654
2.670
2.730
2.779
2.805
2.824
2.883
2.885
1.116
2.490
2.613
2.666
2.700
2.735
2.784
2.795
2.814
2.893
2.895
1.095
2.449
2.560
2.609
2.639
2.676
2.720
2.734
2.754
2.829
2.832
1.185
2.546
2.651
2.704
2.718
2.755
2.802
2.815
2.834
2.910
2.913
1.180
2.523
2.616
2.663
2.675
2.710
2.752
2.765
2.785
2.856
2.857
0.113
0.179
0.184
0.172
0.172
0.160
0.169
0.164
0.165
0.170
0.171
0.128
0.189
0.176
0.170
0.174
0.171
0.172
0.172
0.175
0.176
0.178
表2 双试样温度对应表
试件号热面温度T1冷面温度T2试件温差
1 96℃ 29.5℃ 66.5 ℃
2 95.6℃ 29.3℃ 66.
3 ℃
根据公式：
λ = Qδ/[A（T1-T2）]
计算材料的导热系数。
度
℃热电动势/mV
0 0.000 0.039 0.079 0.119 0.158 0.198 0.238 0.277 0.317 0.357 10 0.397 0.437 0.477 0.517 0.557 0.597 0.637 0.677 0.718 0.758 20 0.798 0.838 0.879 0.919 0.960 1.000 1.041 1.081 1.122 1.162 30 1.203 1.244 1.285 1.325 1.366 1.407 1.448 1.489 1.529 1.570 40 1.611 1.652 1.693 1.734 1.776 1.817 1.858 1.899 1.949 1.981 50 2.022 2.064 2.105 2.146 2.188 2.229 2.270 2.312 2.353 2.394 60 2.436 2.477 2.519 2.560 2.601 2.643 2.684 2.726 2.767 2.809 70 2.850 2.892 2.933 2.975 3.016 3.058 2.100 2.141 3.113 3.224 80 3.266 3.307 3.349 3.390 3.432 3.473 3.515 3.556 3.598 3.639 90 3.681 3.722 3.764 3.805 3.847 3.888 3.939 3.971 4.012 4.054。