第一篇：稳态法导热系数测定实验
稳态法导热系数测定实验
一、实验目的
1、通过实验使学生加深对傅立叶导热定律的认识。
2、通过实验，掌握在稳定热流情况下利用稳态平板法测定材料导热系数的方法。
3、确定材料的导热系数与温度之间的依变关系。
4、学习用温差热电偶测量温度的方法。
5、学习热工仪表的使用方法
二、实验原理
平板式稳态导热仪的测量原理是基于一维无限大平板稳态传热模型，这种方法是把被测材料做成比较薄的圆板形或方板形，薄板的一个表面进行加热，另一个表面则进行冷却，建立起沿厚度方向的温差。图1是无限大平板导热示意图。
根据傅立叶（Fourier）定律：
Tw2 y x T Q Tw1 cTTTT()()()xxyyyy（1）
在一维无限大平板稳态传热时，方程（1）可简化为：
2T02x
δ图1 无限大平板的稳态导热示意图
（2）
其边界条件为
x=0时，T=Tw1 x=δ时，T=Tw2
可解得下列方程
QA(Tw1Tw2)
（3）
由式（3）可得
QA(Tw1Tw2)
（4）
式中
λ——导热系数，W/m ·℃； δ——试件厚度，m；
Q——热流量，w； A——试件面积，m2；
Tw1 ——试件下表面温度，℃； Tw2 ——试件上表面温度，℃。
一般情况下，选择平板试件的尺寸要注意满足下列条件：
17D~110D
式中
D ——方板的短边长度，m。
热流量Q也可以由输入电压和电阻表示为：
QU2R 式中 U——施加在加热板上的电压，V；
R——加热板上内部加热电阻丝的电阻，Ω。将式（5）带入式（4）得
U2RA(Tw1Tw2)
对应此λ的材料温度为
TTw1Tw2 2
（5）
（6）
（7）
根据式（7）只要知道试件面积A、电压U、电阻R、厚度δ以及在厚度δ方向上的温度差，便可求出导热系数。
三、实验设备
实验设备如图2所示。
图2平板式稳态法导热仪的总体结构图
1.调压器2.铜板3.主加热板 4.上均热片 5.中均热片
6.下均热片7.热电偶 8.副加热板 9.数据采控系统 10.温度仪表 11.试样装置 12.循环水箱电位器 13.保温材料 14.电位器
键盘共有6个按键组成，包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键，“±”正负号转换键，“RST”复位键，“ON/OFF”开关键。
数据键：根据不同的功能对相应的数据进行加减，与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用。
“±”正负号转换键：当“±”正负号转换键为“+”时，在原数据基础上加相应的数值；为“-”时，减相应的数值。
“RST”复位键：复位数据，重新选择。
控制板上的四个发光二极管分别对应四路热电偶，发光二极管发光表示对应的热电偶接通。由一台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压，电位器对每路输出电压进行调整，作为两个加热板的输入电压。
四、实验内容
1、根据提供的实验设备仪器材料，搭建实验台，合理设计实验步骤。调整好电加热器的电压（调节调压器），并测定相关的温度及电热器的电压等试验数据。
2、对测定的实验数据按照一定的方法测量进行数据处理，确定材料的导热系数与温度之间的依变关系公式。
3、对实验结果进行分析与讨论。
4、分析影响制导热仪测量精度的主要因素。
5、在以上分析结论的基础之上尽可能的提出实验台的改进方法。
五、实验步骤
1、利用游标卡尺测量试样的长、宽、厚度，测试样3个点的厚度，取其算术平均值，作为试样厚度和面积。
2、测量加热板的内部电阻。
3、校准热工温度仪表。
4、向水箱内注入冷却水。
5、通过调整电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率，通过4位“LED”显示主加热板和副加热板的温度，根据主加热板的温度，调整电位器改变施加在副加热板的电压，使副加热板的温度与主加热板的温度一致。利用数字电压表测量并记录主加热板电压。
6、在加热功率不变条件下, 试样下表面和循环水箱下表面的温度波动每5min不超过±1℃时，认为达到稳态。此时，记录主加热板温度、试样两面温差。
7、通过数据键输入试样面积、厚度等相关参数，由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数。
8、改变电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率件，重复步骤（5至7）测量并记录多个温度下的材料导热系数。
9、关掉电源。
六、实验要求
1、采用精度不低于0.05 mm的厚度测量工具(游标卡尺)，沿试样四周测量四处的厚度，取其算术平均值，作为实验前试样厚度。
2、用酒精将试件及均热片擦洗干净并晾干，晾干后在其上均匀涂抹导热油。
3、用调压器将电压调至一定值，保持不变，经一段时间后，待跟试件上下表面接触的铜片各点温度为一定值时，即导热过程达到稳定后记录各点温度及电热器的电压。
4、改变电加热器的电压（调节调压器），即改变电热器热量使之维持在另一个数值上，跟试件上下表面接触的铜片各点温度达到新的稳定状态后，重复第3项的测量。
5、用最小二乘法计算不同橡胶材料的导热系数随温度变化的关系式。
五、实验报告要求
1、材料温度可取材料上下表面温度的平均值，即T(Tw1Tw2)/2，其中：Tw1为试样材料下表面温度，Tw2为试样上表面温度。
2、实验报告需用专用的实验报告用纸进行书写；
3、实验报告中必须包含实验目的和实验步骤；
4、实验报告中必须包括实验数据的记录；
5、实验报告中必须包括实验数据处理的具体步骤，并有材料的导热系数随温度变化的关系式及关系曲线图；
6、实验报告中必须有对实验数据结果的分析。
第二篇：物理实验报告-稳态法导热系数测定实验
稳态法导热系数测定实验
一、实验目的
1、通过实验使学生加深对傅立叶导热定律的认识。
2、通过实验，掌握在稳定热流情况下利用稳态平板法测定材料导热系数的方法。
3、确定材料的导热系数与温度之间的依变关系。
4、学习用温差热电偶测量温度的方法。
5、学习热工仪表的使用方法
二、实验原理
平板式稳态导热仪的测量原理是基于一维无限大平板稳态传热模型，这种方法是把被测材料做成比较薄的圆板形或方板形，薄板的一个表面进行加热，另一个表面则进行冷却，建立起沿厚度方向的温差。
三、实验设备
实验设备如图2所示。
图2平板式稳态法导热仪的总体结构图
1.调压器2.铜板3.主加热板 4.上均热片 5.中均热片
6.下均热片7.热电偶 8.副加热板 9.数据采控系统 10.温度仪表 11.试样装置 12.循环水箱电位器 13.保温材料 14.电位器
键盘共有6个按键组成，包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键，“±”正负号转换键，“RST”复位键，“ON/OFF”开关键。
数据键：根据不同的功能对相应的数据进行加减，与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用。“±”正负号转换键：当“±”正负号转换键为“+”时，在原数据基础上加相应的数值；为“-”时，减相应的数值。“RST”复位键：复位数据，重新选择。
控制板上的四个发光二极管分别对应四路热电偶，发光二极管发光表示对应的热电偶接通。由一台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压，电位器对每路输出电压进行调整，作为两个加热板的输入电压。
四、实验内容
1、根据提供的实验设备仪器材料，搭建实验台，合理设计实验步骤。调整好电加热器的电压(调节调压器)，并测定相关的温度及电热器的电压等试验数据。
2、对测定的实验数据按照一定的方法测量进行数据处理，确定材料的导热系数与温度之间的依变关系公式。
3、对实验结果进行分析与讨论。
4、分析影响制导热仪测量精度的主要因素。
5、在以上分析结论的基础之上尽可能的提出实验台的改进方法。
五、实验步骤
1、利用游标卡尺测量试样的长、宽、厚度，测试样3个点的厚度，取其算术平均值，作为试样厚度和面积。
2、测量加热板的内部电阻。
3、校准热工温度仪表。
4、向水箱内注入冷却水。
5、通过调整电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率，通过4位“LED”显示主加热板和副加热板的温度，根据主加热板的温度，调整电位器改变施加在副加热板的电压，使副加热板的温度与主加热板的温度一致。利用数字电压表测量并记录主加热板电压。
6、在加热功率不变条件下, 试样下表面和循环水箱下表面的温度波动每5min不超过±1℃时，认为达到稳态。此时，记录主加热板温度、试样两面温差。
7、通过数据键输入试样面积、厚度等相关参数，由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数。
8、改变电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率件，重复步骤(5至7)测量并记录多个温度下的材料导热系数。
9、关掉电源。
六、实验要求
1、采用精度不低于0.05 mm的厚度测量工具(游标卡尺)，沿试样四周测量四处的厚度，取其算术平均值，作为实验前试样厚度。
2、用酒精将试件及均热片擦洗干净并晾干，晾干后在其上均匀涂抹导热油。
3、用调压器将电压调至一定值，保持不变，经一段时间后，待跟试件上下表面接触的铜片各点温度为一定值时，即导热过程达到稳定后记录各点温度及电热器的电压。
4、改变电加热器的电压(调节调压器)，即改变电热器热量使之维持在另一个数值上，跟试件上下表面接触的铜片各点温度达到新的稳定状态后，重复第3项的测量。
5、用最小二乘法计算不同橡胶材料的导热系数随温度变化的关系式。
五、实验报告要求
1、材料温度可取材料上下表面温度的平均值，即，其中：Tw1为试样材料下表面温度，Tw2为试样上表面温度。
2、实验报告需用专用的实验报告用纸进行书写；
3、实验报告中必须包含实验目的和实验步骤；
4、实验报告中必须包括实验数据的记录；
5、实验报告中必须包括实验数据处理的具体步骤，并有材料的导热系数随温度变化的关系式及关系曲线图；
6、实验报告中必须有对实验数据结果的分析。
第三篇：金属导热系数测量实验报告
南昌大学物理实验报告 课程名称：
大学物理实验 实验名称：
金属导热系数的测量 学院：
信息工程学院 专业班级：
自动化 153 班 学生姓名：
廖俊智 学号：
6101215073 实验地点：
基础实验大楼 座位号：号 实验时间：
第七周星期四上午九点四十五开始、实验目的: 用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。、实验原理：、傅里叶热传导方程 导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。
温度为 T 2，T i T 2，热量从上端流向下端。若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时 虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热 传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方
如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。由（1）式可知，加 测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传 热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中 // 都有非常重要的应用。
图（一）
如图（一）所示。设一粗细均匀的圆柱体横截面积为 S，高为 h。经加热后，上端温度为 T 1，下端 Q 是 t 时间内流过导体截面的热量, S T 1 T 2 h(1)学叫传热速率。比例系数 就是材料的导热系数（热导率），）。在此式中，S、h 和 T 1、T 2 容易测得，关键 是如何测得传热速率Q。、用稳态法间接测量传热速率 T i T 2 热盘的传热速率为Q S
h 2 T 1 T 2 d 2(T 1 T 2)4h 单位是
如图三所示，把两种不同的金属丝彼此熔接，组成一个闭合回路。若两接点保持在不同的温度 下，则会产生温差电动势，回路中有电流。如果将回路断开（不在接点处），虽无电流，但在断开处有 电动势。这种金属导线组合体称为温差电偶或热电偶。在温度范围变化不大时热电偶产生的温差电动势 与两接点间的温度差成正比，（T T。），T o 为冷端温度，T 为热端温度，叫温差电系数。
在本实验中，使用两对相同的铜一康铜热电偶，相同，它们的冷端均放在浸入冰水混合物的细玻 璃管中，T o 也相同。当两个热端分别接触加热盘和散热盘时，可得样品上下表面的温度分别为：
T i 1
T o，T 2 2
T o，所以
（6）式就是本实验所依据的公式。
d 和 h 分别为样品的直径和厚度，C 和 m 分别为散热铜盘的比热 和质量，i 和 2 分别为加热至稳态时通过热电偶测出的两个温差电动势
这样，式（5）可以写为 0.555 4Cmh d 2(1 2)g
t|(6)（由数字电压表读出）
为散热盘在 2 时的冷却速率
三、实验仪器：
导热系数测定仪（TC — 3）、杜瓦瓶 四、实验内谷和步骤：
（1）先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端（见下图），并在金属圆筒两端涂上导热硅胶, 然后置于加热盘 A 和散热盘 P 之间，调节散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热 盘 A 及散热盘 P紧密接触。
（2）
在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，热端分别插入金属圆 筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的的接线连接到导热系数测定仪的传感器 I、II 上。
（3）
接通电源，将加热开关置于高档，当传感器 I 的温度 T i 约为 3.5mV 时，再将加热开 关置于低挡，约 40min。
（4）
待达到稳态时（T i 与 T 2 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV），每隔 2min 记录 T i 和 T 2的值。0 0 Ji“ i J 测 1 表 o Q1 J O G 2 导蟻嚴数丹測 1
孟 g JI-■■
（5）
测量散热盘 P 在稳态值 T2 附近的散热速率，移开加热盘 A ,先将两测温热端取下，再将 T2 的测温热端插入散热盘 P 的侧面小孔，取下金属圆筒，并使加热盘 A 与散热盘 P 直接接触，当散热盘 P 的温度上升到高于稳态 T 2 的值约 0.2mV 左右时，再将加热盘 A 移 开，让散热盘 P 自然冷却，每隔 30s 记录此时的 T 2 值。
（6）记录金属圆筒的直径和厚度、散热盘 P 的直径、厚度、质量。
五、实验数据与处理：
C 铜 =0.09197cal cm 1
s-1
C)1cal=418.68W/mK 散热盘 p ：
m=810g R p =6.385cm h p
=0.71cm 金属铝圆筒：R B =1.95/cm h B
=9.0/cm 表 1 稳态时 T 1 T 2 的数据：
序次 1 2 3 4 5平均 T 1 /mV 1 2.73 2.73 2.73 2.71 2.71 2.722 T 2 /mV 2.52 2.53 2.54 2.53 2.54 2.532 稳态时 T 3 对应的热电势数据 U 3 2.46mV 表 2 散热速率：
=0.0729 mV/s
时间 /s 30 60 90 120 150 180 210 240 T 2 /mV 2.67 P 2.58 P 2.51 「 2.43 2.35 2.28 2.22 : 2.16 mc T(RPh B)h B ? 1 2 t(2 R Ph P)(「 T 2)
R B 810 0.09197 0.0729
--------------(6.385 2
9.°)9.0------------------
--------1 _2
0.316cal cm 1
s 1
C 1
(2 6.385 2 0.71)(2.722-2.532)〔 95 132.30W/mK 铝的热导率的理论值为 2.0 x 10 2
(J • s-1
• m 1
• K 1)六、误差分析：、实验中铝并不是纯铝，存在杂质，而纯度及杂质未知。、树脂圆环与加热盘和散热盘不能紧密接触。、在实验过程中发现，热电偶的两端在插入时深浅对实验有一定的影响，过程中无法保持在同一深度，故测量的数据可能存在偏差。、试验过程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物对实验有一定的影响 七、思考题：
1.在测量散热盘 P 的散热速率 T 时，为什么要测在稳态值 T3 附近的T
？ t t 答：在稳态时，散热速率铝棒和铜盘的相等，测得铜盘的即可得出铝棒的散热速率。
八、附上原始数据
第四篇：教案 测量不良导体的导热系数
教案 测量不良导体的导热系数
林一仙 一 实验目的
1、用稳态平板法测量不良导体的导热系数
2、用物体的散热速率求传热速率
3、掌握热电偶测量温度的方法 二 实验仪器
导热系数仪、杜瓦瓶，热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游标卡尺、停表 三 实验原理
（一）稳态平板法
QtQt12h
为热流量，λ为该物质的导热系数，也称热导率，h-样品厚度，A-样品面积。所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热的速率时，系统便处于一个稳定的热平衡状态。
（二）实验装置及方法
Qt14h2d
2A-加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度； θ1-加热铜盘的温度，θ2-散热铜盘的温度。
（三）冷却法测量散热铜盘的散热速率
∵ Qt散mcPdPdt ；
ddt 是曲线在θ2点的斜率，如下图 ∴ 4hmPcPddt
d212
四 教学内容与步骤
1、测量样品盘的厚度h和直径d，并记录散热铜盘的质量。
2、系统的调整，三个盘的顺序，固定的顺序，先固定加热盘，再用三个螺丝固定三个盘。用220V加热15分钟，同时将热电偶相应插入各个插孔。提问应该怎样判断热端冷端？应该怎样使用数字电压表？
3、提问：接下来应该做的实验内容是什么？稳态的测量，散热曲线的观测，各个详细的步骤可以看书。特别注意稳态的判断以及散热范围，风扇的开与关。五 注意事项
1、数字电压表调零要用调零旋钮和调零开关
2、量程选择20mv
3、散热铜盘上的洞要与杜瓦瓶同侧 六 考核内容
1、预习报告内容是否完整，原理图、公式、表格等是否无误。
2、检查三个盘是否装好，热电偶是否接对，毫伏计是否调零。
3、检查实验数据是否有误。
第五篇：沿程阻力系数测定实验材料表
沿程阻力系数测定实验材料表
1-蓄水箱（有机玻璃板）
2-实验水箱，计量水箱（透明有机玻璃板）3-直径20PPR管，直径25PPR管
4-细玻璃管4根，细橡皮软管2根，取压管2根 5-闸阀X1
6-普通阀门X2
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