穩態法導熱系數測量實驗裝置

A. 什麼叫穩態法測量固體導熱系數

測量固體的導熱系數有兩種方法：穩態法和非穩態法（即瞬態法）。

穩態法就是當待測試樣上溫度分布達到穩定後，通過測量試樣內的溫度分布和穿過試樣的熱流來測出導熱系數。最簡單的就是將固體試樣製成一塊厚度均勻的平板，放在一個絕熱的裝置里，從試樣一側加熱，在另一側散熱，試樣四周嚴格絕熱保溫。用一個補償加熱器維持裝置內的溫度穩定。試樣應該較大，以便能適用一維導熱假設。穩態導熱的基本公式為：
Q = A * k * dT/dx （1）
其中Q為試樣導熱速率（W）；A為試樣正面面積（m2)； k為要測定的導熱系數(W/m.K)；dT為沿著試樣厚度方向兩個熱電偶之間的溫差（C）；dx為沿著偶讀方向兩個熱電偶之間的距離(m)。dT/dx稱為溫度梯度。這樣，待測試樣的導熱系數為：
k = (Q / A) / (dT/dx) （2）

穩態法通常要求試樣質地均勻、乾燥（含濕會影響測定精度）、平直、表面光滑。如果採用電加熱，Q就是指電加熱裝置的瓦數（W）。但是，用於散熱補償的另一個小加熱功率不應算在Q內，因為這一部分熱流並未穿過試樣正面傳導到另一側。

B. 應用穩態法測量良導體的導熱系數對實驗樣品有什麼要求實驗方法與測量不良導體有什麼區別

穩態法測量導熱系數所依據的是傅立葉傳熱定律（λ＝Qd／ΔT），其中Q是熱流密度，d是熱流方向上的長度，ΔT表示對應長度上的溫度差。

在理論上，傅立葉傳熱定律適應於所有材料，包括良導體和不良導體，但在具體測量中為了保證導熱系數的測量精度，則需要針對良導體和不良導體區別對待，由此形成了不同的測量方法和測量裝置。

C. 穩態法測量導熱系數是否適用測量熱的良導體為什麼

穩態導熱法測量熱的良導體可以，但是由於良導體散熱快，所以測量結果誤差大，成為一個無用的實效結果。

如果用穩態法測量導熱系數測量熱的良導體，對實驗樣品的要求是：

1、實驗樣品必須是不良導體。（散熱不會太快）

2、穩態法是利用熱源在待測樣品內形成一穩定的溫度分布，然後進行測量。

3、動態法中待測樣品中的溫度分布是隨時間變化的，例如呈周期性的變化等。

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測量導熱系數的實驗方法一般分為穩態法和動態法兩類。

在穩態法中，先利用熱源對樣品加熱，樣品內部的溫差使熱量從高溫向低溫處傳導，樣品內部各點的溫度將隨加熱快慢和傳熱快慢的影響而變動；當適當控制實驗條件和實驗參數使加熱和傳熱的過程達到平衡狀態，則待測樣品內部可能形成穩定的溫度分布，根據這一溫度分布就可以計算出導熱系數。

而在動態法中，最終在樣品內部所形成的溫度分布是隨時間變化的，如呈周期性的變化，變化的周期和幅度亦受實驗條件和加熱快慢的影響，與導熱系數的大小有關。

D. 大學物理實驗：用穩態法測不良導體的導熱系數的實驗裝置可以測量空氣的導熱系數嗎並說明理由

應該是不可測，良導體四周散失的熱量很多，不好平衡吧，空氣不會流動嗎？剛加熱的空氣，吹口氣，跑了沒法測

E. 穩態法測量不良導體導熱系數要求具備哪些實驗條件

實驗儀器、材料、不同溫度和含濕量。

導熱系數的測試分為動態法和穩態法，穩態法又分為熱流計法和防護熱板法。考慮到儀器精度以及控溫范圍，參照GB/T10294-2008標准，採用防護熱板法進行測試。

主體由熱板、冷板和試件夾緊系統組成。熱板包括主加熱板、護加熱板以及背護加熱板3個主要部分。主加熱板和護加熱板由電阻加熱器及智能測量儀控溫，背護加熱板由精密恆溫水槽控溫，使3塊加熱板的溫度保持一致。

冷板由鋁板、半導體製冷體和冷卻水套組成，可精確控製冷板溫度在設定值。智能測量儀用於整個測試系統的溫度測量及控制，以實現全自動的測試。

每種材料各制備3~6個尺寸為30cm×30cm×3~5cm的試件，在不同溫度和含濕量下對導熱系數進行12~35次測試。測試前先將試件培養至不同的含濕量，然後將試件的各面用4層塑料薄膜包裹起來。

薄膜的水蒸氣滲透阻Sd > 1.5m，可視為不透氣。其厚度和熱阻分別為0.0225mm和0.000537m2K/W，均可以忽略。

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穩態法又分為熱流計法和防護熱板法，熱流計法測試試件的熱阻與標准試件熱阻的比值。當熱板和冷板在恆定溫度和溫差的穩定狀態下，熱流計裝置在熱流計中心區域和試件中心區域建立一個單向穩定熱流密度，該熱流穿過一個（或兩個）熱流計的測量區域及一個（或兩個接近相同）試件的中間區域。

防護熱板法，在穩態條件下，在具有平行表面的均勻板狀試件內，建立類似於兩個平行的溫度均勻的平面為界的無限大平板中存在的一維的均勻熱流密度。

雙試件裝置中，由兩個幾乎相同的試件組成，然後其中夾一個加熱單元，加熱單元由一個圓或方形的中間加熱器和兩塊金屬板組成。熱流量由加熱單元分別經兩側試件傳給兩側冷卻單元。

F. 大學物理實驗穩態法測量良導體的導熱系數。

在大學物理實驗級別上，只要是符合傅立葉熱傳遞定律，沒什麼不可以的。
所謂采專取一些措施和改變樣品屬的形狀，就是設法要保證試樣兩端的溫度差要足夠大以便於測量。對於不良導體，如橡膠，導熱系數在0.4左右，那麼橡膠盤兩個端面的溫度可以明顯的有足夠大的溫差可測；但如果是相同試樣尺寸的良導體，則試樣兩端面的溫差將非常小而無法准確測量。因此，為了增大良導體試樣兩端溫差的大小，就需要增大試樣的厚度，說白了，就是增大試樣的熱阻。
當然，這只是大學物理實驗所進行的改變，這在實際工程測量中是基本不可能的，因為試樣厚度增大勢必會增加試樣側面的熱損失，嚴重影響導熱系數測量誤差。