稳态法测定导热系数实验装置图

㈠ 稳态法测导热系数和比热容的原理和操作

原理：

操作：

1. 安装样品并连接各部分联线

用万用表检查两只热电偶冷端和热端的电阻值大小，一般在3～6欧姆内，如果偏差大于1欧姆，则可能是热电偶有问题，遇到此情况应请指导教师帮助解决。

旋松螺杆旋钮，轻轻拔出左、右两横梁（横梁下装有热电偶，小心！不能弄坏，且横梁的左右位置不能搞错），取出样品架。戴好手套(手套自备)，以尽量保证四个实验样品初始温度保持一致。将冷却好的“有机玻璃样品”放进样品架中，并按原样安装好，然后旋动螺杆旋钮以压紧样品。在保温杯中加入自来水，水的容量约在保温杯容量的3/5为宜。根据实验要求连接好各部分连线（其中包括主机与样品架放大盒，放大盒与横梁，放大盒与保温杯，横梁与保温杯之间的连线）。

2. 设定加热电压

检查各部分接线是否有误，同时确认后面板上的“加热控制”开关已经关上。

⑴打开主机电源，预热仪器10分钟左右。

⑵按下“电压切换”按钮，切换到“加热电压”档位，旋转“加热电压调节”旋钮到所需要的电压。（参考加热电压：约18V）

3.测定样品“加热面与中心面”间的温度差和“中心面”的升温速率

⑴弹出“电压切换”按钮，切换到“热电势”档位；弹出“热电势切换” 按钮，切换到“温差”档位。

⑵等待！！让显示的“温差热电势”的绝对值小于0.004mV（如果实验要求精度不高，此条件可以放宽到 0.010左右，但不能太大，以免降低实验的准确性）。

⑶保证上述⑵的条件后，打开主机背面的“加热控制”开关，并开始记录数据。记数据时，每隔1分钟分别记录一次“加热面与中心面之间的温差热电势”和“中心面热电势”。一次实验时间应在25分钟之内完成，一般在16分钟左右为宜）。

技巧：读数时，要来回“按下”或“弹出”“热电势切换”按钮，以读到温差热电势值Vt和中心面热电势V。实验时，可先读Vt，过半分钟后读V，再过半分钟读Vt……这样能保证Vt读数的间隔是1分钟，V读数的间隔也是1分钟。

⑷根据数据，计算“加热面与中心面”间的温度差和“中心面”的升温速率

4. 由式（B2－6）和式（B2－8）计算有机玻璃的导热系数和比热容。

㈡ 大学物理实验：用稳态法测不良导体的导热系数的实验装置可以测量空气的导热系数吗并说明理由

应该是不可测，良导体四周散失的热量很多，不好平衡吧，空气不会流动吗？刚加热的空气，吹口气，跑了没法测

㈢ 稳态法测量导热系数，当系统处于稳态时，为什么用上下铜板的温度差除于样品厚度代表温度梯度

测量固体的导热系数有两种方法：稳态法和非稳态法（即瞬态法）。

稳态法就是当待测试样上温度分布达到稳定后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来测出导热系数。最简单的就是将固体试样制成一块厚度均匀的平板，放在一个绝热的装置里，从试样一侧加热，在另一侧散热，试样四周严格绝热保温。用一个补偿加热器维持装置内的温度稳定。试样应该较大，以便能适用一维导热假设。稳态导热的基本公式为：
Q = A * k * dT/dx （1）
其中Q为试样导热速率（W）；A为试样正面面积（m2)； k为要测定的导热系数(W/m.K)；dT为沿着试样厚度方向两个热电偶之间的温差（C）；dx为沿着偶读方向两个热电偶之间的距离(m)。dT/dx称为温度梯度。这样，待测试样的导热系数为：
k = (Q / A) / (dT/dx) （2）

稳态法通常要求试样质地均匀、干燥（含湿会影响测定精度）、平直、表面光滑。如果采用电加热，Q就是指电加热装置的瓦数（W）。但是，用于散热补偿的另一个小加热功率不应算在Q内，因为这一部分热流并未穿过试样正面传导到另一侧。

㈣ 用稳态平板法测物体的导热系数 在T-t图像取哪一点的斜率

在T-t图上应取在T2点处的曲线斜率，因为该点即表示铜散热盘在T2点的冷却速率，然后可求出稳态传热时的传热速率，代入公式得到样品圆盘的导热系数。

㈤ 稳态法测固体导热系数在什么情况下

稳态
法测
固
体的
导热
系数

热传导是热量传递的三种基本形式之一，
是指物体各部分之间不发生相对宏观位移情
况下由于温差引起的热量的传递过程，其微观机制是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。在金属中自由电子起支配作用，在绝缘体和大部分半导
体中则以晶格振动起主导作用。

法国科学家傅里叶（
J.B.J.Fourier 1786
——
1830
）根据实验得到热传导基本关系，
1822
年在其著作
《热的解析理论》
中详细的提出了热传导基本定律，
指出导热热流密度
（单
位时间通过单位面积的热量）和温度梯度成正比关系。数学表达式为：

T
grad
q




此即傅里叶热传导定律，
其中
q
为热流密度矢量
（表示沿温度降低方向单位时间通过
单位面积的热量）
，

是导热系数又称热导率，是表征物体传导热能力的物理量，


在数
值上等于每单位长度温度降低
1
个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是
1
1
K
m
W





。
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。因此，某种物体的导热系数不仅与构成物体的物质种类密切
相关，而且还与它的微观结构、温度、压力、湿度及杂质含量相联系。在科学实验和工程
设计中，需要了解所用物体的一些热物理性质，导热系数就是重要指标之一，常常需要用
实验的方法来精确测定。

测量导热系数的方法很多，
没有哪一种测量方法适用于所有的情形，
对于特定的应用
场合，也并非所有方法都能适用。要得到准确的测量值，必须基于物体的导热系数范围和
样品特征，选择正确的测量方法。测量方法可以分为稳态法和非稳态法两大类。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的方法。非稳
态法则是在测量过程中样品内部的温度分布随时间是变化的，测出这种变化，得到热扩散
率再利用物体已知的密度和比热，求得导热系数。本实验采用稳态平板法测量物体的导热
系数，该法设计思路清晰、简捷，具有典型性和实用性。

【
实验目的
】

1
．了解热传导现象的物理过程。

2
．了解物体散热速率和传热速率的关系。

3
．学会用铂电阻型传感器测定温度。

4
．学习一种测量材料导热系数的实验方法。

【
实验原理
】

稳态平板法测量物体的导热系数原理示意图如图
1
，发热盘
A
将热量传到待测物体样
品盘
B
，再传到散热盘
C
，由于
A
、
C
盘是用热的良导体做的，与待测样品盘
B
紧密接触，

1
其温度可以代表
B
盘上、下表面的温度
2
1
T

,
T
，
（
2
1
T
T

）
，在样品盘
B
内，若热传导方
向垂直于上、下表面，两表面彼此间相距为
B
h
、面积均为
S
，当热传导达到稳定状态时，
即
1
T
和
2
T
的值不变，
根据傅立叶热传导定律，则在
t

时间内通过
B
盘的热量
Q

满足下
述表达式：

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

( 1 )
式中
t
Q


为热流量，

即为该物质的导热系数（又称作热导
率）
，

若样品盘
B
做成圆盘，其半径为
B
R
，由式（
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：

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

( 2 )
当热传导达到稳定状态时，
此时通过
B
盘上表面的热流量与由散热盘
C
向周围环境散
热的速率相等，即

散热
稳态
C
t
Q
t
Q

















B

（
3
）

因此可通过
C
盘在稳定温度
2
T

时的散热速率来求出热流量
t
Q



。
实验中，
在读得稳态时
的
1
T
和
2
T
后，
即可将
B
盘移去，
而使发热盘
A
的底面与散热盘
C
直接接触。
当盘
C
的温
度上升到高于稳态时的
2
T
值若干摄氏度后，再将发热盘
A
移开，让散热盘
C
自然冷却。
观察它的温度
T
随时间
t
变化情况，然后由此求出
C
盘在
2
T
的冷却速率
2
T
T
t
T



,
散热盘
C
的散热速率与其冷却速率的关系为

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

（
4
）

式
(4)
中
m
是散热盘的质量，
c
是散热盘的比热。

但要注意，
这样求出的
t
T


是
C
盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，
其散热表面
积为
C
C
C
h
R
R






2
2
2
（其中
C
C
h
R
与
分别为
C
盘的半径与厚度）
。然而，在观察
测试样品的稳态传热时，
C
盘的上表面（面积为
2
C
R

）是被样品覆盖着的，根据物体的冷

㈥ 稳态法和动态法测量不良导体热导率的基本原理及方法有何不同

稳态法和动态法测量不良导体热导率的基本原理及方法：

稳态法热导率测量原理是在被测试样所关心的热导率方向上形成一个稳定的温度差，然后测量这两个温度点之间的距离、温度差和热流密度，最终计算出这此平均温度（两个温度值取平均）下的等效热导率。

动态热导率测量原理是在被测试样整体达到温度均匀和恒定后，在试样加载一个微小的温度扰动，通过检测此温度扰动波形，可以直接计算出被测试样在此恒定温度下的热导率。

不同点如下：

原理的不同点：稳态法时试样内有稳定的一维热流场，所以稳态法测量的热导率具有明显的方向性，热导率方向与热流方向相同。而动态法则是则没有方向性，测量的是整个试样整体的平均热导率，所以动态法适合测量均质材料。

方法的不同点：稳态法测试设备比较庞大，不太适合小尺寸试样测试。动态法则相反，测试模型对边界条件没有太多的要求，只要试样尺寸足够大，试样测试前的温度恒定就可以，所以动态法热导率测试设备一般都相对比较简单。

(6)稳态法测定导热系数实验装置图扩展阅读：

稳态导热的基本公式为：Q = A * k * dT/dx

其中Q为试样导热速率（W）；A为试样正面面积（m2)； k为要测定的导热系数(W/m.K)；dT为沿着试样厚度方向两个热电偶之间的温差（C）；dx为沿着偶读方向两个热电偶之间的距离(m)。dT/dx称为温度梯度。

待测试样的导热系数为：k = (Q / A) / (dT/dx) （2）

稳态法通常要求试样质地均匀、干燥（含湿会影响测定精度）、平直、表面光滑。如果采用电加热，Q就是指电加热装置的瓦数（W）。但是，用于散热补偿的另一个小加热功率不应算在Q内，因为这一部分热流并未穿过试样正面传导到另一侧。

㈦ 怎样用稳态法测量不良导体的导热系数

稳态法实验中，将待测样品样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度。测出温度稳定后上下两个面的温度，然后再测出散热体散热速率，就可以求出材料的导热系数。

㈧ 本实验装置为什么仅限于测定非金属材料的导热系数

导热系数测定的实验体会与收获通过测定良导体（铜、空气）、不良导体（橡胶）的导热系数实验，我们组的各同学都明白了要用1、测良导体、不良导体的导热系数的方法是稳态法2、导热系数的物理意义是什么？3、测λ要满足什么条件，怎样保证这些条件？4、测量冷却速率时，为什么要在稳态温度θ2附近取值？ 一、 测良导体、不良导体的导热系数的方法是稳态法 测量导热系数我们组用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量良导体（铜、空气）、不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 二、 导热系数的物理意义： 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米·度），w/（m ·k）（W/m · K,此处的K可用℃代替。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 三、 测λ要满足什么条件，怎样保证这些条件？ (1)测θ1、θ2 系统要处于稳定态，即这两个温度在10分钟内保持不变，并且θ1大于θ2。θ1 人为控制在3.47——3.53mv (2)测量散热板在θ2 附近的冷却速率。 四、 测冷却速率时，为什么要在稳态温度θ2附近选值？ （1）当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度、环境温度有关。 （2）在实验中，当系统处于稳态时，通过待测样品的传热与散热盘向侧面和下面的散热率相同，所以测冷却速率要在稳态温度θ2附近。 总之，通过这次实验，我们收获很大。不仅掌握了与导热系数有关的许多热学知识，而且由于热学实验升温、降温不好控制，培养了我们严谨的科学态度、细致的观察能力、团结合作的意识。 最后衷心感谢老师的耐心指导！

㈨ 稳态法测导热系数的实验的实验误差主要有哪些，要注意什么

稳态法导热系数测试的核心就是保证一维热流，那么测试的主要误差就是一维热流的破坏，主要有以下两个方面：

（1）护热板的护热温度控制不准确。国内外很少有导热仪在这方面严格按照测试方法标准规定进行实施，即采用温差热电堆来检测护热板和中心量热板之间的温差。

（2）量热板和护热板的温度均匀性。量热板和护热板的温度均匀性取决于加热板中电阻加热丝的盘绕方式，这方面ASTM有严格的标准可以执行。

导热系数仅针对存在导热的传热形式，当存在其他形式的热传递形式时，如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系，该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数。

(9)稳态法测定导热系数实验装置图扩展阅读：

不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时，导热系数较小。

一般来说，固体的热导率比液体的大，而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致。现在工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。

与受潮带来的影响不同，温度升高会引起分子热运动的加快，促进固体骨架的导热及孔隙内流体的对流传热。此外，孔壁之间的辐射换热也会因为温度的升高而加强。若材料含湿，则温度梯度还可能造成重要影响：温度梯度将形成蒸汽压梯度，使水蒸气从高温侧向低温侧迁移。

㈩ 大学物理实验稳态法测量良导体的导热系数。

在大学物理实验级别上，只要是符合傅立叶热传递定律，没什么不可以的。
所谓采专取一些措施和改变样品属的形状，就是设法要保证试样两端的温度差要足够大以便于测量。对于不良导体，如橡胶，导热系数在0.4左右，那么橡胶盘两个端面的温度可以明显的有足够大的温差可测；但如果是相同试样尺寸的良导体，则试样两端面的温差将非常小而无法准确测量。因此，为了增大良导体试样两端温差的大小，就需要增大试样的厚度，说白了，就是增大试样的热阻。
当然，这只是大学物理实验所进行的改变，这在实际工程测量中是基本不可能的，因为试样厚度增大势必会增加试样侧面的热损失，严重影响导热系数测量误差。