大物实验固体导热系数的测定

导热系数是表征物质热传导性质的物理量，对保温材料要求其导热系数尽量小，对散热材料要求其导热系数尽量大。由于导热系数与物质成分、微观结构、温度、压力及杂质含量密切相关，所以在科学实验和工程设计中材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。

测量导热系数的实验方法一般分为稳态法与动态法两类。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处向低温处传导，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；当适当控制实验条件和实验参数，使加热和传热过程达到平衡状态时，待测样品内部就能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可计算出导热系数。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，例如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响。本实验将利用稳态法测量导体的导热系数。

【 实验目的 】

1 ．了解热传导的基本规律及散热速率的概念。 2 ．掌握稳态法测定导热系数的方法。 【 实验仪器 】

FD-TC-II 型导热系数测定仪，数字电压表，热电偶，制冷仪，游标卡尺，夹子，表（自备）等。

（图1 实验装置） （图2 实验装置 2）

（图3 接线示意图）

3.5 固体的导热系数的测定

【实验简介】

导热系数是反映物体导热性能的一个物理量，它不仅是评价材料热学性能的依据，而且是材料在应用时的一个设计依据，在加热器、散热器、传热管道设计、电冰箱及锅炉制造等工程技术中都要涉及这个参数。由于导热系数随物质成分、结构及所处环境的不同而变化，所以确定导热系数的主要途径是用实验的方法。测定导热系数的方法很多，但可归纳为两类：一类是稳态法，另一类是动态法。稳态法即先用热源对试样加热，并在样品内形成稳定温度分布，然后进行测量；在动态法中，待测样品内的温度随时间而变化。由于稳态法原理简单，操作容易，本实验采用稳态法测量固体的导热系数。 【实验目的】

1.学习用稳态法测固体导热系数，了解其测量条件。

2.学习实验中如何将传热速率的测量转化为散热速率的测量方法。 3.学会用作图法处理数据。 【预习思考题】

1.本实验用稳态法平板法测物体的导热系数要求样品处于一维稳态热传导，什么是一维稳态热传导，实验中如何保证？

2.如何测散热盘在温度为T3时的冷却速率？ 3.如何利用热电偶测温？ 【实验仪器】

YBF-2型导热系数测定仪，保温杯，游标卡尺，橡皮样品，硬铝样品，绝热圆环。 【实验原理】

1.导热系数

当物体内部温度不

导热系数的测定

由于温度不均匀，热量会从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。热传导是由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，对流体特别是气体而言，由于温度是气体平均动能的量度，高温区分子运动速度比低温区分子要快，分子连续无规则运动，通过互相碰撞交换能量和动量，热量就由高温区向低温区转移，简而言之，气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的；液体热传导的机理与气体类似，但是液体分子间距要小得多，分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大；而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量，自由电子传递的能量比晶格振动传递的能量大得多。金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。

导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，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。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且

导热系数的测定

由于温度不均匀，热量会从温度高的地方向温度低的地方转移，这种现象叫做热传导。热传导是由物质内部分子，原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，对流体特别是气体而言，由于温度是气体平均动能的量度，高温区分子运动速度比低温区分子要快，分子连续无规则运动，通过互相碰撞交换能量和动量，热量就由高温区向低温区转移，简而言之，气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的；液体热传导的机理与气体类似，但是液体分子间距要小得多，分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大；而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量，自由电子传递的能量比晶格振动传递的能量大得多。金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。

导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，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。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且

12级电科专业《专业实验》安排表（2015下半年）

内容 班级 电科121 电科122 太阳能电池特性研究 黄瑞强 12周3 202 13周3 202 PN结特性 叶会亮 8周3 101 9周3 101 导热系数 罗 飞 11周3 205 12周3 205 二阶电路 邹文强 9周3 103 8周3 103 电源特性 邹文强 16周3 103 15周3 103 声光电路 黄瑞强 15周3 207 16周3 207 数字万用表 刘燕勇 13周3 205 14周3 205 光电传感器 刘志勇 10周3 303 11周3 303 说明：14周3 （上课时间为第14周星期3；上课地点为物理实验室103教室。） 103

每一时间段实验为4学时，下午上课时间：14:30-17:30 每次实验上课前需认真预习相关实验内容并写好预习报告 每位学生准备8张16开实验报告纸，8张32开原始记录纸。 讲义份数：导热系数？份, 电源特性？份, 声光电路？份。 所开设实验的房间管理由各位老师自己承担。

理学院物理实验室

实验一 固体导热系数的测量 一、实验目的

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 二、实验器材

TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。 本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的 型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于 的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘 放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘 下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为 的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。

仪器设置了数字计时装置，计时范围 ，分辩率 。设置了 自动温度控制装置，控制精度 ，分辨率 ，供实验时加热温度控制用。

图5.4.1 TC-3型热导系数测定仪

三、实验原理

导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因

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：

q gradT

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

W m 1 K 1 。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

实验九 固体小球对流传热系数的测定

A 实验目的

工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。 通过本实验可达到下列目的： (1) (2) (3)

测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。 了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi）的物理意义。 熟悉流化床和固定床的操作特点。

B 实验原理

自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。

当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。

通过对导热的研究，傅立叶提出：

qy?QyA???dT dy(1)

式中：

dT - y方向上的温度梯度?K/m? dy上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。

金属的

导热系数的测量

【实验目的】

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 【实验仪器】

导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 【实验原理】

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2），若平面面积均为S，在?t时间内通过面积S的热量?Q免租下述表达式：

(T?T2)?Q??S1 （3-26-1） ?th式中，

?Q为热流量；?即为该物质的导热系数，?在数值上等于相距单位长度的两平面?t的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W(m?K)。 在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知

东南大学材料科学与工程

实验报告

学生姓名 张沐天 班级学号 12013317 实验日期 2015.11.27 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩

一、实验目的

1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理

不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率

材料的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1K，在1s钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律

q?-λdTdx决