穩態法測定導熱系數實驗裝置圖

㈠ 穩態法測導熱系數和比熱容的原理和操作

原理：

操作：

1. 安裝樣品並連接各部分聯線

用萬用表檢查兩只熱電偶冷端和熱端的電阻值大小，一般在3～6歐姆內，如果偏差大於1歐姆，則可能是熱電偶有問題，遇到此情況應請指導教師幫助解決。

旋松螺桿旋鈕，輕輕拔出左、右兩橫梁（橫梁下裝有熱電偶，小心！不能弄壞，且橫梁的左右位置不能搞錯），取出樣品架。戴好手套(手套自備)，以盡量保證四個實驗樣品初始溫度保持一致。將冷卻好的「有機玻璃樣品」放進樣品架中，並按原樣安裝好，然後旋動螺桿旋鈕以壓緊樣品。在保溫杯中加入自來水，水的容量約在保溫杯容量的3/5為宜。根據實驗要求連接好各部分連線（其中包括主機與樣品架放大盒，放大盒與橫梁，放大盒與保溫杯，橫梁與保溫杯之間的連線）。

2. 設定加熱電壓

檢查各部分接線是否有誤，同時確認後面板上的「加熱控制」開關已經關上。

⑴打開主機電源，預熱儀器10分鍾左右。

⑵按下「電壓切換」按鈕，切換到「加熱電壓」檔位，旋轉「加熱電壓調節」旋鈕到所需要的電壓。（參考加熱電壓：約18V）

3.測定樣品「加熱面與中心面」間的溫度差和「中心面」的升溫速率

⑴彈出「電壓切換」按鈕，切換到「熱電勢」檔位；彈出「熱電勢切換」 按鈕，切換到「溫差」檔位。

⑵等待！！讓顯示的「溫差熱電勢」的絕對值小於0.004mV（如果實驗要求精度不高，此條件可以放寬到 0.010左右，但不能太大，以免降低實驗的准確性）。

⑶保證上述⑵的條件後，打開主機背面的「加熱控制」開關，並開始記錄數據。記數據時，每隔1分鍾分別記錄一次「加熱面與中心面之間的溫差熱電勢」和「中心面熱電勢」。一次實驗時間應在25分鍾之內完成，一般在16分鍾左右為宜）。

技巧：讀數時，要來回「按下」或「彈出」「熱電勢切換」按鈕，以讀到溫差熱電勢值Vt和中心面熱電勢V。實驗時，可先讀Vt，過半分鍾後讀V，再過半分鍾讀Vt……這樣能保證Vt讀數的間隔是1分鍾，V讀數的間隔也是1分鍾。

⑷根據數據，計算「加熱面與中心面」間的溫度差和「中心面」的升溫速率

4. 由式（B2－6）和式（B2－8）計算有機玻璃的導熱系數和比熱容。

㈡ 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

㈢ 穩態法測量導熱系數，當系統處於穩態時，為什麼用上下銅板的溫度差除於樣品厚度代表溫度梯度

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。

㈣ 用穩態平板法測物體的導熱系數 在T-t圖像取哪一點的斜率

在T-t圖上應取在T2點處的曲線斜率，因為該點即表示銅散熱盤在T2點的冷卻速率，然後可求出穩態傳熱時的傳熱速率，代入公式得到樣品圓盤的導熱系數。

㈤ 穩態法測固體導熱系數在什麼情況下

穩態
法測
固
體的
導熱
系數

熱傳導是熱量傳遞的三種基本形式之一，
是指物體各部分之間不發生相對宏觀位移情
況下由於溫差引起的熱量的傳遞過程，其微觀機制是熱量的傳遞依靠原子、分子圍繞平衡
位置的振動以及自由電子的遷移。在金屬中自由電子起支配作用，在絕緣體和大部分半導
體中則以晶格振動起主導作用。

法國科學家傅里葉（
J.B.J.Fourier 1786
——
1830
）根據實驗得到熱傳導基本關系，
1822
年在其著作
《熱的解析理論》
中詳細的提出了熱傳導基本定律，
指出導熱熱流密度
（單
位時間通過單位面積的熱量）和溫度梯度成正比關系。數學表達式為：

T
grad
q




此即傅里葉熱傳導定律，
其中
q
為熱流密度矢量
（表示沿溫度降低方向單位時間通過
單位面積的熱量）
，

是導熱系數又稱熱導率，是表徵物體傳導熱能力的物理量，


在數
值上等於每單位長度溫度降低
1
個單位時，單位時間內通過單位面積的熱量，其單位是
1
1
K
m
W





。
一般說來，
金屬的導熱系數比非金屬的要大；
固體的導熱系數比液體的
要大；氣體的導熱系數最小。因此，某種物體的導熱系數不僅與構成物體的物質種類密切
相關，而且還與它的微觀結構、溫度、壓力、濕度及雜質含量相聯系。在科學實驗和工程
設計中，需要了解所用物體的一些熱物理性質，導熱系數就是重要指標之一，常常需要用
實驗的方法來精確測定。

測量導熱系數的方法很多，
沒有哪一種測量方法適用於所有的情形，
對於特定的應用
場合，也並非所有方法都能適用。要得到准確的測量值，必須基於物體的導熱系數范圍和
樣品特徵，選擇正確的測量方法。測量方法可以分為穩態法和非穩態法兩大類。穩態法是
在加熱和散熱達到平衡狀態、樣品內部形成穩定溫度分布的條件下進行測量的方法。非穩
態法則是在測量過程中樣品內部的溫度分布隨時間是變化的，測出這種變化，得到熱擴散
率再利用物體已知的密度和比熱，求得導熱系數。本實驗採用穩態平板法測量物體的導熱
系數，該法設計思路清晰、簡捷，具有典型性和實用性。

【
實驗目的
】

1
．了解熱傳導現象的物理過程。

2
．了解物體散熱速率和傳熱速率的關系。

3
．學會用鉑電阻型感測器測定溫度。

4
．學習一種測量材料導熱系數的實驗方法。

【
實驗原理
】

穩態平板法測量物體的導熱系數原理示意圖如圖
1
，發熱盤
A
將熱量傳到待測物體樣
品盤
B
，再傳到散熱盤
C
，由於
A
、
C
盤是用熱的良導體做的，與待測樣品盤
B
緊密接觸，

1
其溫度可以代表
B
盤上、下表面的溫度
2
1
T

,
T
，
（
2
1
T
T

）
，在樣品盤
B
內，若熱傳導方
向垂直於上、下表面，兩表面彼此間相距為
B
h
、面積均為
S
，當熱傳導達到穩定狀態時，
即
1
T
和
2
T
的值不變，
根據傅立葉熱傳導定律，則在
t

時間內通過
B
盤的熱量
Q

滿足下
述表達式：

B
B
h
T
T
S
t
Q
)
(
2
1







穩態

( 1 )
式中
t
Q


為熱流量，

即為該物質的導熱系數（又稱作熱導
率）
，

若樣品盤
B
做成圓盤，其半徑為
B
R
，由式（
1
）可以知

道，單位時間內通過待測樣品
B
任一圓截面的熱流量為：

2
2
1
)
(
B
B
B
R
h
T
T
t
Q









穩態

( 2 )
當熱傳導達到穩定狀態時，
此時通過
B
盤上表面的熱流量與由散熱盤
C
向周圍環境散
熱的速率相等，即

散熱
穩態
C
t
Q
t
Q

















B

（
3
）

因此可通過
C
盤在穩定溫度
2
T

時的散熱速率來求出熱流量
t
Q



。
實驗中，
在讀得穩態時
的
1
T
和
2
T
後，
即可將
B
盤移去，
而使發熱盤
A
的底面與散熱盤
C
直接接觸。
當盤
C
的溫
度上升到高於穩態時的
2
T
值若干攝氏度後，再將發熱盤
A
移開，讓散熱盤
C
自然冷卻。
觀察它的溫度
T
隨時間
t
變化情況，然後由此求出
C
盤在
2
T
的冷卻速率
2
T
T
t
T



,
散熱盤
C
的散熱速率與其冷卻速率的關系為

2
T
T
C
t
T
mc
t
Q


















散熱

（
4
）

式
(4)
中
m
是散熱盤的質量，
c
是散熱盤的比熱。

但要注意，
這樣求出的
t
T


是
C
盤的全部表面暴露於空氣中的冷卻速率，
其散熱表面
積為
C
C
C
h
R
R






2
2
2
（其中
C
C
h
R
與
分別為
C
盤的半徑與厚度）
。然而，在觀察
測試樣品的穩態傳熱時，
C
盤的上表面（面積為
2
C
R

）是被樣品覆蓋著的，根據物體的冷

㈥ 穩態法和動態法測量不良導體熱導率的基本原理及方法有何不同

穩態法和動態法測量不良導體熱導率的基本原理及方法：

穩態法熱導率測量原理是在被測試樣所關心的熱導率方向上形成一個穩定的溫度差，然後測量這兩個溫度點之間的距離、溫度差和熱流密度，最終計算出這此平均溫度（兩個溫度值取平均）下的等效熱導率。

動態熱導率測量原理是在被測試樣整體達到溫度均勻和恆定後，在試樣載入一個微小的溫度擾動，通過檢測此溫度擾動波形，可以直接計算出被測試樣在此恆定溫度下的熱導率。

不同點如下：

原理的不同點：穩態法時試樣內有穩定的一維熱流場，所以穩態法測量的熱導率具有明顯的方向性，熱導率方向與熱流方向相同。而動態法則是則沒有方向性，測量的是整個試樣整體的平均熱導率，所以動態法適合測量均質材料。

方法的不同點：穩態法測試設備比較龐大，不太適合小尺寸試樣測試。動態法則相反，測試模型對邊界條件沒有太多的要求，只要試樣尺寸足夠大，試樣測試前的溫度恆定就可以，所以動態法熱導率測試設備一般都相對比較簡單。

(6)穩態法測定導熱系數實驗裝置圖擴展閱讀：

穩態導熱的基本公式為：Q = A * k * dT/dx

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。

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。

㈦ 怎樣用穩態法測量不良導體的導熱系數

穩態法實驗中，將待測樣品樣品製成平板狀，其上端面與一個穩定的均勻發熱體充分接觸，下端面與一均勻散熱體相接觸。由於平板樣品的側面積比平板平面小很多，可以認為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側面散去的熱量可以忽略不計，即可以認為，樣品內只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度。測出溫度穩定後上下兩個面的溫度，然後再測出散熱體散熱速率，就可以求出材料的導熱系數。

㈧ 本實驗裝置為什麼僅限於測定非金屬材料的導熱系數

導熱系數測定的實驗體會與收獲通過測定良導體（銅、空氣）、不良導體（橡膠）的導熱系數實驗，我們組的各同學都明白了要用1、測良導體、不良導體的導熱系數的方法是穩態法2、導熱系數的物理意義是什麼？3、測λ要滿足什麼條件，怎樣保證這些條件？4、測量冷卻速率時，為什麼要在穩態溫度θ2附近取值？ 一、 測良導體、不良導體的導熱系數的方法是穩態法 測量導熱系數我們組用的是穩態法，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；適當控制實驗條件和實驗參數可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。 本實驗應用穩態法測量良導體（銅、空氣）、不良導體(橡皮樣品)的導熱系數，學慣用物體散熱速率求傳導速率的實驗方法。 二、 導熱系數的物理意義： 導熱系數是表徵物質熱傳導性質的物理量。導熱系數是指在穩定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側表面的溫差為1度（K，°C）,在1秒內，通過1平方米面積傳遞的熱量，用λ表示，單位為瓦/（米·度），w/（m ·k）（W/m · K,此處的K可用℃代替。導熱系數與材料的組成結構、密度、含水率、溫度等因素有關。材料結構的變化與所含雜質的不同對材料導熱系數數值都有明顯的影響，因此材料的導熱系數常常需要由實驗去具體測定。 三、 測λ要滿足什麼條件，怎樣保證這些條件？ (1)測θ1、θ2 系統要處於穩定態，即這兩個溫度在10分鍾內保持不變，並且θ1大於θ2。θ1 人為控制在3.47——3.53mv (2)測量散熱板在θ2 附近的冷卻速率。 四、 測冷卻速率時，為什麼要在穩態溫度θ2附近選值？ （1）當散熱板處在不同溫度時，它的散熱速率不同，與本體溫度、環境溫度有關。 （2）在實驗中，當系統處於穩態時，通過待測樣品的傳熱與散熱盤向側面和下面的散熱率相同，所以測冷卻速率要在穩態溫度θ2附近。 總之，通過這次實驗，我們收獲很大。不僅掌握了與導熱系數有關的許多熱學知識，而且由於熱學實驗升溫、降溫不好控制，培養了我們嚴謹的科學態度、細致的觀察能力、團結合作的意識。 最後衷心感謝老師的耐心指導！

㈨ 穩態法測導熱系數的實驗的實驗誤差主要有哪些，要注意什麼

穩態法導熱系數測試的核心就是保證一維熱流，那麼測試的主要誤差就是一維熱流的破壞，主要有以下兩個方面：

（1）護熱板的護熱溫度控制不準確。國內外很少有導熱儀在這方面嚴格按照測試方法標准規定進行實施，即採用溫差熱電堆來檢測護熱板和中心量熱板之間的溫差。

（2）量熱板和護熱板的溫度均勻性。量熱板和護熱板的溫度均勻性取決於加熱板中電阻加熱絲的盤繞方式，這方面ASTM有嚴格的標准可以執行。

導熱系數僅針對存在導熱的傳熱形式，當存在其他形式的熱傳遞形式時，如輻射、對流和傳質等多種傳熱形式時的復合傳熱關系，該性質通常被稱為表觀導熱系數、顯性導熱系數或有效導熱系數。

(9)穩態法測定導熱系數實驗裝置圖擴展閱讀：

不同物質導熱系數各不相同；相同物質的導熱系數與其的結構、密度、濕度、溫度、壓力等因素有關。同一物質的含水率低、溫度較低時，導熱系數較小。

一般來說，固體的熱導率比液體的大，而液體的又要比氣體的大。這種差異很大程度上是由於這兩種狀態分子間距不同所導致。現在工程計算上用的系數值都是由專門試驗測定出來的。

與受潮帶來的影響不同，溫度升高會引起分子熱運動的加快，促進固體骨架的導熱及孔隙內流體的對流傳熱。此外，孔壁之間的輻射換熱也會因為溫度的升高而加強。若材料含濕，則溫度梯度還可能造成重要影響：溫度梯度將形成蒸汽壓梯度，使水蒸氣從高溫側向低溫側遷移。

㈩ 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。