用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。
二、【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）、冰块三、【实验原理】1、良导体（金属、空气）导热系数的测定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O K 6：的平行平面（设0/5）,若平面面积均为S,在△『时 间内通过面积S 的热量A0免租下述表达式：△0 一胭 ©一2)A/ h(3-26-1)& & &丙1T7T\ *TV T*?r»*7 TT m R式中，普为热流量；2即为该物质的导热系数，兄在数值上等于相距单位长度的 两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W/（加・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X 、02, Ox. 02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）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 咚=久©_&2）凤 （3-26-2） 式中，弘为样品的半径，矗为样品的厚度。
当热传导达到稳定状态时，X 和5的 值不变，遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等， 因此，可通过铜盘P 在稳定温度匚的散热速率来求出热流量昱。
实验中，在读得 稳定时0】和匹后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。
当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的0：值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。
观察其温度0随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在0：的冷却速率竺2、不良导体（橡皮）的测定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。
测量导热系数在这里我们用的是稳态法，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，而△ &me ——,就是铜盘P 在温度为0 2时的散热速率。
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。
1898年C. H. Le e s.首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，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，在同一平面内，各处的温度相同。
设稳态时，样品的上下平面温度分别为&闵，根据傅立叶传导方程，在山时间内通过样品的热量△。
满足下式：山心(1) 式中久为样品的导热系数，他为样品的厚度，S为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。
设圆盘样品的直径为心，则半径为心，则由(1)式得：些=3叭2△7 心(9 )实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P,散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同 的圆盘样品B,样品B 上放置一个圆盘状加热盘C,其面积也与样品B 的面积相同, 加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
当传热达到稳定状态时，样品上下表面的温度G 和&2不变，这时可以认为加 热盘C 通过样品传递的热流量与散热盘P 向周围环境散热量相等，因此可以通过散热盘P 在稳定温度2时的散热速率来求出热流量△/。
实验时，当测得稳态时的样品上下表面温度G 和°2后，将样品B 抽去，让加 热盘C 与散热盘P 接触，当散热盘的温度上升到高于稳态时的◎值20°C 或者20°C 以上后，移开加热盘，让散热盘在电扇作用下冷却，记录散热盘温度&随时间t△0的下降情况，求出散热盘在$时的冷却速率”&临，则散热盘P 在$时的散热速 率为：---- =me ------- A 金△/ △/ 5 (3) 其中m 为散热盘P 的质量，C 为其比热容。
在达到稳态的过程中，P 盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘P 的散热速率的表达式应作面积修正:△0 △& ----- =me —— △rAr+2;iiiphp) f Q 欣p2 +2冰php)(4)其中忌为散热盘P 的半径，心为其厚度。
由(2)式和(4)式可得: 所以样品的导热系数久为：兰(心+2心)心 1 △/ r (2R P + 2/ip ) (q - q)冰/△8=me ——△/(冰P ~ + IrtRphp)+2叭如)四、【实验步骤】1、金属导热系数的测定根据上述装置，由傅里叶导热方程可知，通过待测样品B 盘的热流量， R 为：乂―写鱼蕊二实验时，当热传达到稳态时，01, 0的值将稳定不变, A/ h B 这时可以认为发散盘A 通过圆盘样品上平面传入的热量与由散热盘向周围环境散 热的速率相等。
因此可通过散热盘P 在稳定温度0时的散热速率求出热流量咚，Ar方法如下，当读得稳态时的0^0=后，将样品B 盘抽去，让发热盘A 的底面与散 热盘P 直接接触，使盘P 的温度上升到比0 2高出lmV 左右时，再将发热盘A 移开, 附上原盘样品（或绝缘圆盘），让散热盘P 冷却电扇仍处于工作状态，每隔30秒 钟读一下散热盘的温度示值，选取邻近-的温度数据，求出，铜盘P 在0 2的冷却（3）式中，m 为铜盘质量，C 为铜的比热容。
2、 空气导热系数的测量步骤同上 3、 不良导体导热系数的测定（1）取下固定螺丝，将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间，橡皮样品要求与加 热盘散热盘完全对准；要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。
调节底部的三个微 调螺丝，使样品与加热盘、散热盘接触良好，但注意不宜过紧或过松：（2）按照图1所示，插好加热盘的电源插头；再将2根连接线的一端与机壳相 连，另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中，要求传感器完全插入小孔中， 并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂，以确保传感器与加热盘和散热盘接触良 好。
在安放加热盘和散热盘时，还应注意使放置传感器的孔上下对齐（注意：加 热盘和散热盘两个传感器要一一对应，不可互换）速率普A <9me ——=丝 △得：A = △0me ——△/养鸟/?就是散热在o 时的散热速率，带入式（2）⑶（3）接上导热系数测定仪的电源，开启电源后，左边表头首先显示从FDHC,然后显示当时温度，当转换至b二二•二时，用户可以设定控制温度。
设置完成按“确定”键，加热盘即开始加热。
右边显示散热盘的当时温度。
（4）加热盘的温度上升到设定温度值时，开始记录散热盘的温度，可每隔一分钟记录一次，待在1 0分钟或更长的时间内加热盘和散热盘的温度值基本不变，可以认为已经达到稳定状态了。
（5）按复位键停止加热，取走样品，调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好, 再设定温度到80°C,加快散热盘的温度上升，使散热盘温度上升到高于稳态时的$ 值20°C左右即可。
（6）移去加热盘，让散热圆盘在风扇作用下冷却，每隔1 0秒（或者3 0秒）记\0_录一次散热盘的温度示值，由临近◎值的温度数据中计算冷却速率'W也可以根据记录数据做冷却曲线，用镜尺法作曲线在©点的切线，根据切线斜率计算冷却速率。
（7）根据测量得到的稳态时的温度值q和2以及在温度q时的冷却速率，由公式―少R十2如）% 1& 一（2心+ 2如）（q-&2）加J计算不良导体样品的导热系数。
五、【实验数据处理】1、金属导热系数实验数据处理实验前测得室温t=°C ;散热盘B的直径为2R S=,即半径弘二，厚度为h B=,质量m尸加热盘A的直径为2R产即半径R A=O铜的比热容c - （g・K）。
1、用TC-3型固体导热系数测定仪来测量空气的热导率.hc=mm （所测得数据如下）稳态时7；、Z的数据（每隔2分钟记录）将数据代入公式2 = /^—x-^-x-L得X=vp.,H-1-r1 Ar 冰~2、空气导热系数实验数据处理稳态时7；、Z的数据（每隔2分钟记录）冷却速率冷却速率图象分析如下:将数据代入(c)可算出X=X10_:W/ (m°C) 3、橡胶导热系数实验数据处理样品：橡胶；室温：_18 _____ °C；散热盘比热容(黄铜)：C二 _____ J / (Kg ・K)；散热盘质量：m= ____________ g；散热盘P的厚度你二 _________ mm；散热盘P的半径：%= _______________ mm；橡皮样品厚度仏二______________ mm；橡皮样品直径心二*2稳态时(1 0分钟内温度基本保持不变，样品上表面的温度示值&U °C,样品下表面温度示值2二_____ °Co每隔30秒记录一次散热盘冷却时的温度示值，如下表:散热盘每隔30秒白然冷却时温度记录△& 苍5作冷却曲线得到:△& (Rp+2hp) 4h B 1A = me — ep ------ --------------- --------- -------将以上数据代入公式(6)计算得到：Z「(2心+2如)禺-2)加「= X10A( - 4 ) cal / ( scm°C ) =/ ( m°C )【实验总结】：由实验数据可得铜的导热系数最大，导热性能最好，空气的导热系数最小，不良导体的导热系数居中。
1、实验误差⑴、黄铜的导热系数A = w/n-1-k~l , =401W /7?_I k~l:J =E Z^X100%=407.28-401X10()%=%4 401⑵、空气的导热系数2 = xio'2 w-m"1, &二Xi。