导热系数的测定
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当样品上下表面温度可以认为是均匀分布，且样品 盘厚度h1不很大可忽略样品侧面散热的影响时，傅立叶 热传导定律可改写为：
Q T1 T2 S t h1
当T1、T2稳定时，通过样品的传热率和黄铜盘向 侧面和下表面的散热率相同。
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实验4 导热系数的测定
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前言 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 问题与讨论
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前言
导热系数（热导率）是反映材料导热性能的一个重
要参数，在科学实验和工程技术中都要涉及这个参数。
材料按导热性能，可分为良导体和不良导体，通常导电 材料大部分是热的良导体。导热系数的测定大体上分为 稳态法和动态法。稳态平板法是测量不良导体导热系数 的一种常用方法，该法也可测量良导体的导热系数。本 实验采用稳态平板法测量材料导热系数。
T mc t
T2 T20
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式中
k
T t
T2 T20
k是黄铜散热盘的冷却速率，m是黄铜盘质量，c是黄 铜比热（c=3.77102J/kgk）。 那么样品的导热系数
m ckh 4m ckh 1 1 2 sT1 T2 d T1 T2
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仪器简介
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固定于底座上的３个测微螺旋头支撑着一个散热圆铜 盘，在散热盘上安放一待测圆柱或圆盘样品，样品上 再安放一加热圆盘；使样品上下表面维持温度 T1、T
２，T1、T２的值用安插在加热圆盘、散热铜盘深孔中
的热电偶来测量（热电偶接数字电压表），热电偶冷
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实验目的
1、了解热传导的基本规律，掌握稳态平板法测 材料导热系数的方法。 2、利用物体的散热速率求传热速率。 3、学会用热电偶测量温度。
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实验原理
1. 热传导定律 当物体内部各处的温度不均匀时，就会有热量从温 度较高处传递到温度较低处，这种现象叫热传导现象。 傅里叶提出:如果热量沿着x方向传导，那么在x轴上任 意位置x0处取一个垂直截面△S （如图），以
保持不变（电压表读数末位数相差 1~ 2），即可认为已 达到热稳定状态。记下此时数字电压表的读数并查表得 出相应的温度T1和T2 。
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5、测散热盘冷却速率。 取出样品，使发热盘与散热盘直接接触，再加热。
当散热盘温度比稳态时的T2高出约20℃（电压表读数约
增加0.8mV）时，停止加热，移去加热盘，并覆盖原样品 盘，让散热盘在风扇作用下冷却，并马上每隔30s记录一 次散热盘的温度值，直到电压表读数比稳态时低约0.5mV 为止。 以时间为X轴，温度为Y轴作出散热盘的冷却曲线 ，画出经过冷却曲线上T2点的切线，其斜率即为温度T2时 散热盘的冷却速率
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度相差为一个单位时，在单位时间内通过单位面积
所传递的热量，单位是瓦· 米-1 · 开-1（W · m-1· K-1）。
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2.稳态法测传热速率
测量样品导热系数的实验装置如图
热量 截面面积S 发热盘 （黄铜盘）
样品
散热盘（黄铜盘）
h1
待测样品上下表面与发热盘和散热盘紧密接触，热量由 发热盘通过样品上表面传入，并由样品下表面向散热盘 散心
数据处理
1、根据
4m ckh 1 2 d T1 T2
计算及其不确定度，正确表示结果。 2、将测得样品的与标准值0比较，计算百分误差。
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注意事项 1、热电偶丝较细，操作时应小心，以免折断。
2、热电偶测温点必须与被测物体接触良好。 3、放置冰块时应小心轻放，以免打破杜瓦瓶。 4、实验中加热盘、样品、散热盘等温度比较高，注意 避免烫伤。 5、在测冷却速率时，移开发热盘后必须将它紧紧固定 在机架上，以防在实验过程中下滑而造成事故。
d是样品盘的直径。
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3、散热盘冷却速率 冷却速率的定义是单位时间内温度的改变量
T k t
它和材料、表面情况、周围环境的温差有关。本实验 中的k是稳态（T=T20）时的冷却速率，测量方法如下： 测好T10、T20后将样品盘抽去，使发热盘与散热盘直接接 触，使散热盘温度高于T20 ，再冷却，测出T-t变化关系， 并作冷却曲线。
Q q t T1 T10 t
Q t
T2 T20
式中 是黄铜盘的散热速率， T10、T20是热稳态样品上下表面温度。由此可知，只要 q 求得热稳态时黄铜盘的散热速率 ，即可求得样品的导 t 热系数。 黄铜盘的散热速率：
q 是样品的传热速率， t
q t
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T2 T20
dT dx
表示在x处
的温度梯度，那么在时间△t 内通过截面积△S所传递的 热量△Q为
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Q dT S t dx
这就是傅立叶热传导定律。 式中负号表示热量从高温区向低稳区传导（即传导 的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数 即为导热系数，它表示相距单位长度的两平面的温
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4、测量稳态时样品盘上下两个表面的温度T1和T2。
将发热板电源电压打到 220V 档，并打开冷却风扇。
当发热盘温度达到4.00mV后即可将开关转换到110V档，
每隔3min左右记录一次发热盘和散热盘的温度值（数字
电压表的读数）。若连续 10min 发热盘和散热盘的温度
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问题与讨论
1、求冷却速率时,为什么要在散热盘稳态 温度附近选值？ 2、稳态法测量导热系数,要求哪些实验条 件？在实验中如何确定和保证？ 3、在测定散热盘的散热曲线时，若散热盘 上不覆盖原样品盘，对实验结果是否有 影响，为什么？
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端浸于杜瓦瓶的冰水混合物中，单刀双掷开关用来变
换热电偶的测量回路。数字电压表用来测量温差电动
势。
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实验内容
1、用游标卡尺测量待测样品和散热盘的直径d和高度h。
2、用物理天平称衡散热盘的质量m。 3、安装、调整整个实验装置。 （1）将样品盘放在散热盘和发热盘之间，调节系统使样 品盘上下两表面与散热盘和发热盘紧密接触。 （2）将铜-康铜热电偶热端插入散热盘和发热盘侧面小 孔中，保证热电偶热端与铜盘接触良好。热电偶冷端插入 杜瓦瓶的冰水混合物中。
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求出T=T20时切线的斜率K（即冷却速率）
T20
注意：测冷却速率时，散热盘散热环境应和测稳态温度 T10、T20时相同。散热面积不同时，应予修正。
S稳态 k k S散热
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稳态时散热面积 散热时散热面积
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实验仪器
FD-TC-Ⅱ型导热系数测定仪 游标卡尺 物理天平 测试样品：硬铝、橡皮 圆盘
