7-实验2—18_不良导体导热系数的测定
不良导体导热系数的测量实验报告66288
热 导 系 数 的 测 量实验目的：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热传导系数并用作图法求冷却速率实验原理：1. 导热系数当物体存在温度梯度时，热量从高温流向低温，传热速率正比于温差和接触面积，定义比例系数为热导系数：dQ dTdS dt dxλ=- 2. 不良导体导热系数的测量厚度为h 、截面面积为S 的样品盘夹在加热圆盘和黄铜盘之间。
热量由上方加热盘传入。
两面高低温度恒定为1T 和2T 时，传热速率为：S hT T dt dQ21--=λ 热平衡时，样品的传热速率与相同温度下盘全表面自由放热的冷却速率相等。
因此每隔30秒记录铜盘自由散热的温度，一直到其温度低于2T ，可求出铜盘在2T 附近的冷却速率dtdT。
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：()()dtQ d h R R h R R dt dQ '++=222ππ 式中dtQ d '为盘自由散热速率。
而对于温度均匀的物体，有 dtdTmc di Q d =' 联立得：()()dtdT mc h R R h R R dt dQ 222++=ππ结合导热系数定义即可得出样品的导热系数表达式。
实验容：1. 用卡尺测量A 、B 盘的厚度及直径（各测三次，计算平均值及误差）。
2. 按图连接好仪器。
3. 接通调压器电源，等待上盘温度缓慢升至1T =3.2~3.4mV4. 将电压调到125V 左右加热，来回切换观察1T 和2T 值，若十分钟基本不变（变化小于0.03）则认为达到稳态，记录下1T 和2T 的值5. 移走样品盘，直接加热A 盘，使之比2T 高10℃（约0.4 mV ）；调节变压器至零，再断电，移走加热灯和传热筒，使A 盘自然冷却，每隔30s 记录其温度，选择最接近2T 的前后各6个数据，填入自拟表格数据处理：样品盘质量898.5m g = 上盘稳定温度1 3.17T mV = 下盘稳定温度2 2.56T mV =样品盘比热容10.3709()c kJ kg K -=⋅⋅实验前室温=21.8C T ︒室 实验后室温=22.6C T '︒室几何尺寸均使用游标卡尺测量：自由散热降温时下盘温度：下面先处理几何数据：取0.95P =，3n = 则0.95 4.30t = 1.96p k =a) 对下盘厚度A h ：0.768A h cm =0.002/0.001A A h u cm σ===游标卡尺测量：C =0.002cm ∆=仪 由于下盘∆估因较小而忽略0.002cm B ∆=∆=仪0.950.006U cm ===最后：(0.7680.006)Ah cm =±0.95P =b) 对下盘直径A D ：12.954A D cm = /0.002/0.001AA D u cm σ===游标卡尺测量：C =0.002cm ∆=仪 考虑直径判断误差，取0.01cm ∆=估0.01cm B ∆==0.950.012U cm ===最后：(12.9540.012)AD cm =±0.95P =c) 对样品盘厚度B h ：0.757B h cm = 0.002BA h u cm σ===游标卡尺测量：C =0.002cm ∆=仪 由于样品质地较软，取0.01cm ∆=估0.01cm B ∆==0.950.014U cm ===最后：(0.7570.014)Ah cm =±0.95P =d) 对下盘直径B D ：12.995B D cm = /0.006/0.003BA D u cm σ===游标卡尺测量：C =0.002cm ∆=仪 考虑直径判断误差，且样品较软，取0.02cm ∆=估0.02cm B ∆==0.950.026U cm ===最后：(12.9950.026)BD cm =±0.95P =e) 对上盘稳定温度1T ：由于只测量了一次，因此只计算B 类不确定度电压表测量：3C = 0.005mV ∆=仪 对数字万用表∆估忽略0.005B mV ∆=∆=仪0.95/ 1.960.005/30.003P B U k C mV =∆=⨯=最后：1(3.170.00)T mV =±0.95P =f) 对下盘稳定温度2T ：由于只测量了一次，因此只计算B 类不确定度电压表测量：3C = 0.005mV ∆=仪 对数字万用表∆估忽略0.005B mV ∆=∆=仪0.95/ 1.960.005/30.003P B U k C mV =∆=⨯=最后：1(2.560.00)T mV =±0.95P =1. 逐差法将12个数据前后分成2组，然后对应相减：（对应组数据时间差630180t s s ∆=⨯=）0.25T mV ∆= 0.02T mV σ= /0.02/0.008A T u mV σ===电压表测量：3C = 0.005mV ∆=仪 对数字万用表∆估忽略0.005B mV ∆=∆=仪等效测量次数6n =，取0.95P =，则0.95 2.57t = 1.96p k =0.950.02U mV ===最后：(0.250.02)TmV ∆=±0.95P =得出逐差法降温速度：30.25 1.38910/180dT T mV s dt t -∆===⨯∆根据公式：()()21224()2B A A B A A mch D h dTdtD T T D h λπ+=⋅-+代入数据：()()323322320.8985(0.370910)(0.75710)12.95440.76810 1.389103.14(12.99510)(3.17 2.56)12.95420.76810λ-----⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯得到：110.240W m K λ--=⋅⋅由不确定度传递公式：()()122ln lnln ln 42ln ln 2ln ln()B A A B A A mch D h D D h V V V tλπ=+++--++∆--∆ 求微分：()()121242()242A A A A B B B A A B A A d D h d D h dh dD d V V d d V h D h D D h V V V λλ++-∆=+--+-++∆- 合并同类项：1212122()(42)4242B B A A A A B B A A A A A A A A dh dD dD dD dh dh dV dV d d V h D D h D h D h D h V V V V V λλ∆=-+-+-+-+++++∆--转化成不确定度：12222222221212222()()()[][]()()()(4)(2)(4)(2)B B A A h D A D A h V V T B B A A A A A A A A U U h U D U U U U U h D D h D h D h D h T V V V V λλ∆=++++++++++∆--即：U λ= 代入数据：U λ= 得：110.039U W m K λ--=⋅⋅0.95P =最后：11(0.2400.039)W m K λ--=±⋅⋅0.95P =2. 作图法先在2 2.56T mV =前后取点，再作一直线，使所取个点尽量均匀的分布在直线两边。
不良导体导热系数的测定_3
不良导体导热系数的测定一、实验中，测量导热系数的公式为：)()(2)2(21εεπελ-++=B B A A A A R h h R h R dt d c m式中21,εε 是稳态时对应于加热铜盘C ，散热铜盘A 的温度分别为 21,θθ的电压表的读数。
dtd ε：铜盘A 在温度为2θ时的散热速率 m : 铜盘A 的质量 已知 g m 00.896=c ：铜的比热已知 11385--⋅⋅=C Kg J cA R ：铜盘A 的半径已知cm R A 00.132= A h ：铜盘A 的厚度已知 cm h A 754.0= B h ：待测样品B 的厚度 已知 cm h B 800.0= B R ：待测样品B 的半径已知cm R B 00.132=二、实验步骤：1. 小心地将橡胶塞从杜瓦瓶里拔出，将它（连同两根玻璃管）斜靠在基座，如图（1）所示。
将杜瓦瓶装上适量的水和冰块，小心地把橡胶塞连同两根玻璃管塞入瓶中。
（1）2.将铜盘A放在三脚支架上并使之不与周围的三个金属柱接触。
然后，在铜盘A 上放上待测的橡胶盘B，如图（2）。
3.将红外加热装置连同加热铜盘C压在待测的橡胶盘B上。
把热电偶的热端分别插入铜盘C和铜盘A；将红外加热炉的防护罩罩好，如图（3）。
4.将电压表接好，并调零。
把拨动开关拨到上方，电源开关拨到220V，关风扇。
此时，电压表显示的是铜盘C 的温度。
如图（4）。
（2）（3）（4）铜盘A橡胶盘B 三脚支架热电偶热端5. 10分钟后，电源开关拨到110V ，开风扇。
此后，每隔2分钟记录一次上下铜盘的温度，直到连续的三次记录中，上盘的温度不变，同时下盘的温度也不变。
这时系统达到了稳态,将稳态时的温度值记为s s 21,εε 表格1：6. 关电源，关风扇，停止加热。
移去橡胶盘， 使铜盘C 直接接触铜盘A ，拨动开关拨到下方， 电源开关拨到220V 进行加热。
此时，电压表显 示的是铜盘A 的温度。
7. 铜盘A 的温度比稳态时的温度增加1mV ，停止加热。
不良导体导热系数的测定-讲义
不良导体导热系数的测定热量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射。
其中的热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换的过程。
从微观上说，热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载体进行热量交换的过程；从宏观上说，它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。
不同物体的导热性能各不相同，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。
定量描述物体导热性能的物理量是导热系数，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。
导热系数是描述材料性能的一个重要参数，在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉及这个参数，而且通过研究物质的导热系数，还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。
所以，导热系数的研究和测定有着重要的实际意义。
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。
其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类。
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。
非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变化的，变化规律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关。
本实验介绍一种比较简单的利用稳态法测定不良导体导热系数的方法。
【预备问题】① 如何判断不良导体中的导热过程达到了稳定？ ② 不良导体样品盘的厚度对测量结果有影响吗？③ 如果测量高低温热源温度所分别使用的温度计读数有偏差，将会产生什么样的影响？有什么办法消除或减小影响？【引言】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（Fourier ）就提出了热传导的定律：若在垂直于热传播方向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 dx d t Q x ∆⎪⎭⎫⎝⎛-=∆∆0θλ （3.14.1） 式（3.14.1）中Qt∆∆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。
导热系数测量实验报告.doc
导热系数测量实验报告篇一：导热系数实验报告实验2.8 用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告一、实验目的.（1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数. （2）利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材.实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、实验原理.导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为dTdQ=?λ ?????????---------------------------------------------（2.8.1）它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数，它的大小由物体????dT本身的物理性质决定，单位为W????1????1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.在图中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物B向低温铜盘传递.若B 很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在?t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为????????? ---------------------------------------------（2.8.2）式中，???为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（2.8.2）式写成?Q=?λ??????=?λ?? ---------------------------------------------（2.8.3）的形式，那么???便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（2.8.3）式即可求出λ. 实验中，使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2，并设??1??2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变，所以，通过B的热量就等于C向周围散发的热量，即B 的导热速率等于C的散热速率.因此，只要求出了C在温度??2时的散热速率，就求出了B的导热速率???.因为P的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为????，而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ????????????部全=??部全---------------------------------------------（2.8.4）式中，???为??部面积的散热速率，???为??全面积的散热速率.而散热速率???就部全部?????????等于（2.8.3）式中的导热速率，这样（2.8.3）式便可写作????????? =?λ?? 部---------------------------------------------（2.8.5）设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有??部??全??2=?? +????????2=2?? +??????---------------------------------------------（2.8.6）???由比热容的基本定义c=Δ????Δ??‘，得ΔQ=cmΔ??’，故???cmΔ??’= 全---------------------------------------------（2.8.7）将（2.8.6）式、（2.8.7）式代入（2.8.4）式得?????+4?? =?????? 部---------------------------------------------（2.8.8）将（2.8.8）式代入（2.8.5）式得λ=?????????????/2---------------------------------------------（2.8.9）式中，m为下铜盘的质量，c为下铜盘的比热容. 四、实验内容.（1）用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出，其比热容c=3.850×102??? kg?℃?1.（2）实验时，先将待测样品放在散热盘P上面，然后将发热铝盘A放在样品盘P上方，再调节三个螺栓，使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.（3）将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中，并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性，采用同一个温度传感器测温，在需要测量发热盘A和散热盘P温度时，采用手动操作，变换温度传感器的测温对象.（4）接通电源，在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关，如果仪器上限温度设置为100℃，那么当传感器的温度达到100℃，大约加热40分钟后，发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时，说明系统已达到稳态，这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.（5）测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A，取下待测盘，并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触，当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度（例如5℃左右）后，再将发热铝盘A移开，让散热铜盘P自然冷却.这时候，每隔30s记录此时的??2值并记录.五、实验数据记录与处理.表一下铜盘直径、厚度，待测物厚度实验结果记录表下铜盘质量为m=655 g.取平均值，稳态时，??1=102.3℃、??2=79.2℃.表三测下铜盘散热速率实验结果记录表利用作图法求下铜盘的散热速率得下铜盘散热速率为K=0.02976T????1. 由（2.。
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 。
不良导体热传导率的测量(准稳态法)实验报告
式中a = λ/ρc，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度，c 为材料的比热。
可以给出此方程的解为：考察t(x,τ )的解析式〔2〕可以看到，随加热时间的增加，样品各处的温度将发生变化，而且我们注意到式中的级数求和项由于指数衰减的原因，会随加热时间的增加而逐渐变小，直至所占份额可以忽略不计。
定量分析说明，当以后，上述级数求和项可以忽略。
这时式〔2〕可简写成：这时，在试件中心处有x = 0，因而有：在试件加热面处有x = R，因而有：由式〔4〕和〔5〕可见，当加热时间满足条件时，在试件中心面和加热面处温度和加热时间成线性关系，温升速率都为此值是一个和材料导热性能和实验条件有关的常数，此时加热面和中心面间的温度差为：由式〔6〕可以看出，此时加热面和中心面间的温度差↵t和加热时间⎜没有直接关系，保持恒定。
系统各处的温度和时间呈线性关系，温升速率也相同，我们称此种状态为准稳态。
当系统到达准稳态时，由式〔6〕得到根据式〔7〕，只要测量进入准稳态后加热面和中心面间的温度差⊿t，并由实验条件确定相关参量q c和R ，则可以得到待测材料的导热系数λ。
其它在进入准稳态后，由比热的定义和能量守恒关系，可以得到以下关系式：比热为：式中为准稳态条件下试件中心面的温升速率〔进入准稳态后各点的温升速率是相同的〕。
由以上分析可得：只要在上述模型中测量出系统进入准稳态后加热面和中心面间的温度差和中心面的温升速率，即可由式〔7〕和式〔9〕得到待测材料的导热系数和比热。
2.热电偶温度传感器：热热电偶结构简单，具有较高的测量精确度，测温范围为－50～1600°C，在温度测量中应用极为广泛。
由A、B 两种不同的导体两端相互紧密的连接在一起，组成一个闭合回路，如图2〔a〕所示。
当两接点温度不等〔T>T0〕时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，回路中产生的电动势称为热电势。
理论分析和实践证明热电偶的如下根本定律：热电偶的热电势仅取决于热电偶的材料和两个接点的温度，而与温度沿热电极的分布以及热电极的尺寸与形状无关〔热电极的材质要求均匀〕。
实验七良导体导热系数测定
（2）设定加热器控制温度：将“测量选择”开关拨向 “上盘温度”档，按升温键，表显示由 B00.0上升到 B80.0℃（根据室温选择 ,一般设定 65～75℃较为适宜） , 再按确定键，显示变为 AXX.X之值即表示 A盘此刻的温度 值，加热指示灯闪亮，仪器开始加热。
?t
h
(1)
?Q
式中 ? t 为热流量， ? 为物质的导热系数。 ? 在数 值上等于相距单位长度的两平面的温度差为 1个单位时，
在单位时间内通过单位面积的热量。
根据上式我们可以得到导热系数的量纲：
[? ] ?
[Q ][h ] [S ][T ][? ? ]
故导热系数的单位
瓦特 /(米 ?开尔文) .
A B C 图1
R
2 B
?
?
1
?
?
2
hB
?
c ?m ? ? ?
?t
? ?? 2
由（4）式得到导热系数为：
（4）
?
?
c
?m
?????
??
?t
? ?? 2
?? ??
?
?
1
hB
??
2
1
?
?
R
2 B
（5）
由（5）式可看出，要求出样品的导热系数 ? ，需要：
??
C盘的比热容 c，质量m、在温度为 ? 2 冷却速率 ; ? t ? ? ? 2 样品的厚度 h B 、半径 R B 及传热盘达到稳定态时的样品 上下表面的温度 ?1 和 ? 2 。
计时/分钟 0 1 2 3 4 5 6 …
停止计时
散热盘温 度℃
不良导体热导率的测量
不良导体热导率的测量实验简介导热系数（又叫热导率）是反映材料热性能的重要物理量。
热传导是热交换的三种（热传导、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。
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，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，而且还与材料的微观结构、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精确测定。
测固体材料热导率的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
实验原理dt时间内通过dS面积的热量dQ,正比于物体内的温度梯度，其比例系数是导热系数，即：「「⑴dt dxdQ AT式中为传热速率，是与面积dS相垂直的方向上的温度梯度，“-”号表it ⅛示热量由高温区向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小。
在Sl 中λ的单位是Wm-1K-1。
对于各向异性材料，各个方向的导热系数是不同的（常用张量来表示）。
1、不良导体导热系数的测量图1是不良导体导热系数测量装置的原理图。
设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的T1和T2（侧面近似绝热），即稳态时通过样品的传热速率为：TIT2"式中h B为样品厚度，S B一—R2B为样品上表面的面积，（T1-T2）为上、下平面的温度差，λ为导热系数。
在实验中，要降低侧面散热的影响，就需要减小h。
因为待测平板上下平面的温度T1和T2是用传热圆筒A的底部和散热铜盘C的温度来代表，所以就必须保证样品与圆筒A的底部和铜盘C的上表面密切接触。
实验时，在稳定导热的条件下(T l 和T 2值恒定不变)，可以认为通过待测样 品盘B 的传热速率与铜盘C 向周围环境散热的速率相等。
因此可以通过 C 盘在dTdQ⅛ 稳定温度T 2附近的散热速率一，求出样品的传热速率。
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实验2—18 不良导体导热系数的测定
导热系数，工程上又称热导率，是描述材料性能的一个重要参数，在物体的散热和
保温工程实践中如锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等都要涉及这一参数。由于材料结构
的变化对导热系数有明显的影响，导热系数的测量不仅在工程实践中有重要的实际意
义，而且对新材料的研制和开发也具有重要意义。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。测量良导体和不良导体导
热系数的方法各有不同。对于良导体，常用流体换热法测量所传递的热量，计算导热系
数；对于不良导体，通过测量传热速率，间接测量所传递的热量，计算导热系数。稳态
平板法是测量不良导体导热系数的一种常用方法。
【实验目的】
1．掌握不良导体导热系数的测定方法——稳态平板法。
2．利用物体的散热速率求传热速率。
3．了解相关仪器及热电偶测温度。
【实验仪器】
本实验所用仪器有：实验装
置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、
热电偶、电压表、秒表等。
实验装置如图2—18—1所
示，在支架D上先后放上圆铜
盘C、待测样品B和厚底紫铜圆
筒A。在A的上方用红外灯L加
热，使样品上、下表面各维持稳
定的温度T1、T2，它们的数值分
别用各自的热电偶E来测量，E
的冷端浸入盛于杜瓦瓶H内的冰水混合物中。G为双刀双向开关，用以变换上、下热电
偶的测量回路，电压表F用以测量温差电势。
【实验原理】
热传导理论指出，只要物质内部的温度不均匀，便有热量传递。根据热传导定律，
图2－18－1
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沿直线Z方向，在dt时间内通过垂直于L方向上的面积元ds传递的热量为
dSdtdZdTdQ
式中负号表示热量沿着温度降低的方向传递；dZdT是温度梯度；为导热系数。
对于一个厚度为h、面积为S的圆形板状的不良导体，若维持上、下面稳定的温度
T1和T2,其侧面绝热，则在时间t内，沿着与S面垂直方向上传递热量Q可表示为
tShTTQ
21
（2－18－1）
本实验装置如图2—18—1所示，由上述热传导基本公式通过待测样品B板的传热
速率可写成：
2
21
B
B
RhTTtQ
（2—18—2）
式中hB为样品厚度，RB 为样品圆板的半径，T1为样品圆板上表面的温度，T2为其下表
面的温度，λ为样品B的导热系数。
当传热达到稳定状态时，T1和T2温度值稳定不变，通过B板的传热率与黄铜盘C
向周围环境的散热速率完全相等。因而可通过黄铜盘C在稳定温度T2时的散热率来求
出△Q/△t。实验时，当读得稳态时的T1、T2后，即可将样品B板取走，让圆筒的底盘
与下盘C接触，使盘C的温度上升到高于T2若干度后，再将圆筒A移去，让黄铜盘C
作自然冷却，求出黄铜盘在T2附近时的冷却速率2TTtT。则2TTtTmc（m为黄铜盘
的质量，c为黄铜盘的比热）就是黄铜盘C在T2时的散热率。但由此求出的△T/△t是
黄铜盘C的全部表面暴露于空气中的冷却速率，即散热表面积为cCChRR222，而实
验中达到稳态传热时，C盘的上表面面积πRC2是被测样品所覆盖着的，考虑到物体的
冷却速率与它的表面成正比，校正后，本仪器在稳态时的传热速率为：
)22()2(22cCCcCChRRhRRtTmctQ
（2—18—3）
式中RC、hC分别为黄铜盘C的半径与厚度。将上式代入到（2—18—2）式中得：
2
211)()22()2(BBcC
C
R
TThhRhRtTmcc
（2—18—4）
式中RB、hB分别为样品如橡皮圆盘的半径与厚度。
【实验内容】
1．测量并记录样品圆板B和黄铜盘C的几何尺寸RB、RC、hB、hC（多次测量取平
均值）以及黄铜盘质量m。
2．安装调整仪器，连接测温、测压线路。
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圆筒A底盘的侧面和黄铜盘C的侧面，都有插热电偶的小孔。安置圆筒、圆盘时
要注意使小孔皆与杜瓦瓶、毫伏计在同一侧。热电偶热端插入小孔时，要粘上些硅油，
并插到底部，使热电偶与铜盘接触良好。同样，热电偶冷端处的细玻璃试管内，也要灌
入适当的硅油，再浸入冰水中。
3．
根据稳态法，记录稳态时样品上下表面温度T1、T2。为了提高效率，加热时先
将红外灯的电压调到180至200伏，加热约20分钟后再降至130至150伏。在整个升
温过程中，每隔二分钟读一下温度示数。若十分钟内，样品上下表面温度T1、T2示值都
不变时，可认为已达稳定状态。
4．记录下达到稳定状态的T1、T2后，抽出样品盘，使圆筒A与铜盘C接触加热，
当铜盘C温度比T2高出10℃左右后，再移去A圆筒。让盘C自然冷却，每隔30秒读
一下C盘温度示值，由其中邻近T2的温度值求出冷却速率。
【注意事项】
1．红外灯电源电压不得超过210伏。
2．取出样品盘时，注意其温度避免烫伤。
【数据处理】
1. 测量与记录数据
样品： 室温： C；
散热圆铜盘C比热容：C= )/(KKgJ； 散热圆铜盘C质量：m= g
；
厚度h(mm) 半径R(mm)
散热圆盘C
橡皮样品
绝缘样品
稳态时，样品上表面的温度T1= ，下表面的温度T2=
散热圆铜盘C自然冷却时温度记录
1 2 3 4 5 6 7
T(℃)
8 9 10 11 12 13 14
T(℃)
2. 根据冷却曲线来求出温度在T2附近时的冷却速率2TTtT。
3．按公式（2—18—4）计算导热系数λ。
【思考题与习题】
1．试述稳态法测不良导体导热系数的基本思想方法？
2．待测圆板是厚一点好，还是薄一点好？为什么？
3．实验过程中，环境温度的变化对实验有无影响？为什么？
4. 应用稳态法是否可以测量良导体的导热系数？如可以，对实验样品有什么要
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求？实验方法与测不良导体会有什么区别？