第一篇：穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

一、實驗目的

1、通過實驗使學生加深對傅立葉導熱定律的認識。

2、通過實驗，掌握在穩(wěn)定熱流情況下利用穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導熱系數(shù)的方法。

3、確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關系。

4、學習用溫差熱電偶測量溫度的方法。

5、學習熱工儀表的使用方法

二、實驗原理

平板式穩(wěn)態(tài)導熱儀的測量原理是基于一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱模型，這種方法是把被測材料做成比較薄的圓板形或方板形，薄板的一個表面進行加熱，另一個表面則進行冷卻，建立起沿厚度方向的溫差。圖1是無限大平板導熱示意圖。

根據(jù)傅立葉（Fourier）定律：

Tw2 y x T Q Tw1 ?c?T??T??T??T??(?)?(?)?(?)?????x?x?y?y?y?y（1）

在一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱時，方程（1）可簡化為：

?2T?02?x

δ圖1 無限大平板的穩(wěn)態(tài)導熱示意圖

（2）

其邊界條件為

x=0時，T=Tw1 x=δ時，T=Tw2

可解得下列方程

Q??A(Tw1?Tw2)?

（3）

由式（3）可得

??Q??A?(Tw1?Tw2)

（4）

式中

λ——導熱系數(shù)，W/m ·℃； δ——試件厚度，m；

Q——熱流量，w； A——試件面積，m2；

Tw1 ——試件下表面溫度，℃； Tw2 ——試件上表面溫度，℃。

一般情況下，選擇平板試件的尺寸要注意滿足下列條件：

??17D~110D

式中

D ——方板的短邊長度，m。

熱流量Q也可以由輸入電壓和電阻表示為：

Q?U2R 式中 U——施加在加熱板上的電壓，V；

R——加熱板上內部加熱電阻絲的電阻，Ω。將式（5）帶入式（4）得

??U2?R?A?(Tw1?Tw2)

對應此λ的材料溫度為

T?Tw1?Tw2 2

（5）

（6）

（7）

根據(jù)式（7）只要知道試件面積A、電壓U、電阻R、厚度δ以及在厚度δ方向上的溫度差，便可求出導熱系數(shù)。

三、實驗設備

實驗設備如圖2所示。

圖2平板式穩(wěn)態(tài)法導熱儀的總體結構圖

1.調壓器2.銅板3.主加熱板 4.上均熱片 5.中均熱片

6.下均熱片7.熱電偶 8.副加熱板 9.數(shù)據(jù)采控系統(tǒng) 10.溫度儀表 11.試樣裝置 12.循環(huán)水箱電位器 13.保溫材料 14.電位器

鍵盤共有6個按鍵組成，包括為“5”、“1”、“0.1”3個數(shù)據(jù)鍵，“±”正負號轉換鍵，“RST”復位鍵，“ON/OFF”開關鍵。

數(shù)據(jù)鍵：根據(jù)不同的功能對相應的數(shù)據(jù)進行加減，與后面的“±”正負號轉換鍵和“shift”功能鍵配合使用。

“±”正負號轉換鍵：當“±”正負號轉換鍵為“+”時，在原數(shù)據(jù)基礎上加相應的數(shù)值；為“-”時，減相應的數(shù)值。

“RST”復位鍵：復位數(shù)據(jù)，重新選擇。

控制板上的四個發(fā)光二極管分別對應四路熱電偶，發(fā)光二極管發(fā)光表示對應的熱電偶接通。由一臺調壓器輸出端采用并聯(lián)方式提供兩路輸出電壓，電位器對每路輸出電壓進行調整，作為兩個加熱板的輸入電壓。

四、實驗內容

1、根據(jù)提供的實驗設備儀器材料，搭建實驗臺，合理設計實驗步驟。調整好電加熱器的電壓（調節(jié)調壓器），并測定相關的溫度及電熱器的電壓等試驗數(shù)據(jù)。

2、對測定的實驗數(shù)據(jù)按照一定的方法測量進行數(shù)據(jù)處理，確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關系公式。

3、對實驗結果進行分析與討論。

4、分析影響制導熱儀測量精度的主要因素。

5、在以上分析結論的基礎之上盡可能的提出實驗臺的改進方法。

五、實驗步驟

1、利用游標卡尺測量試樣的長、寬、厚度，測試樣3個點的厚度，取其算術平均值，作為試樣厚度和面積。

2、測量加熱板的內部電阻。

3、校準熱工溫度儀表。

4、向水箱內注入冷卻水。

5、通過調整電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率，通過4位“LED”顯示主加熱板和副加熱板的溫度，根據(jù)主加熱板的溫度，調整電位器改變施加在副加熱板的電壓，使副加熱板的溫度與主加熱板的溫度一致。利用數(shù)字電壓表測量并記錄主加熱板電壓。

6、在加熱功率不變條件下, 試樣下表面和循環(huán)水箱下表面的溫度波動每5min不超過±1℃時，認為達到穩(wěn)態(tài)。此時，記錄主加熱板溫度、試樣兩面溫差。

7、通過數(shù)據(jù)鍵輸入試樣面積、厚度等相關參數(shù)，由試樣面積、厚度、主加熱板的電阻、電壓、上表面溫度及上均熱片的上表面溫度獲得試樣的導熱系數(shù)。

8、改變電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率件，重復步驟（5至7）測量并記錄多個溫度下的材料導熱系數(shù)。

9、關掉電源。

六、實驗要求

1、采用精度不低于0.05 mm的厚度測量工具(游標卡尺)，沿試樣四周測量四處的厚度，取其算術平均值，作為實驗前試樣厚度。

2、用酒精將試件及均熱片擦洗干凈并晾干，晾干后在其上均勻涂抹導熱油。

3、用調壓器將電壓調至一定值，保持不變，經(jīng)一段時間后，待跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度為一定值時，即導熱過程達到穩(wěn)定后記錄各點溫度及電熱器的電壓。

4、改變電加熱器的電壓（調節(jié)調壓器），即改變電熱器熱量使之維持在另一個數(shù)值上，跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度達到新的穩(wěn)定狀態(tài)后，重復第3項的測量。

5、用最小二乘法計算不同橡膠材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關系式。

五、實驗報告要求

1、材料溫度可取材料上下表面溫度的平均值，即T?(Tw1?Tw2)/2，其中：Tw1為試樣材料下表面溫度，Tw2為試樣上表面溫度。

2、實驗報告需用專用的實驗報告用紙進行書寫；

3、實驗報告中必須包含實驗目的和實驗步驟；

4、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)的記錄；

5、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)處理的具體步驟，并有材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關系式及關系曲線圖；

6、實驗報告中必須有對實驗數(shù)據(jù)結果的分析。

第二篇：物理實驗報告-穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

一、實驗目的

1、通過實驗使學生加深對傅立葉導熱定律的認識。

2、通過實驗，掌握在穩(wěn)定熱流情況下利用穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導熱系數(shù)的方法。

3、確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關系。

4、學習用溫差熱電偶測量溫度的方法。

5、學習熱工儀表的使用方法

二、實驗原理

平板式穩(wěn)態(tài)導熱儀的測量原理是基于一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱模型，這種方法是把被測材料做成比較薄的圓板形或方板形，薄板的一個表面進行加熱，另一個表面則進行冷卻，建立起沿厚度方向的溫差。

三、實驗設備

實驗設備如圖2所示。

圖2平板式穩(wěn)態(tài)法導熱儀的總體結構圖

1.調壓器2.銅板3.主加熱板 4.上均熱片 5.中均熱片

6.下均熱片7.熱電偶 8.副加熱板 9.數(shù)據(jù)采控系統(tǒng) 10.溫度儀表 11.試樣裝置 12.循環(huán)水箱電位器 13.保溫材料 14.電位器

鍵盤共有6個按鍵組成，包括為“5”、“1”、“0.1”3個數(shù)據(jù)鍵，“±”正負號轉換鍵，“RST”復位鍵，“ON/OFF”開關鍵。

數(shù)據(jù)鍵：根據(jù)不同的功能對相應的數(shù)據(jù)進行加減，與后面的“±”正負號轉換鍵和“shift”功能鍵配合使用。“±”正負號轉換鍵：當“±”正負號轉換鍵為“+”時，在原數(shù)據(jù)基礎上加相應的數(shù)值；為“-”時，減相應的數(shù)值?！癛ST”復位鍵：復位數(shù)據(jù)，重新選擇。

控制板上的四個發(fā)光二極管分別對應四路熱電偶，發(fā)光二極管發(fā)光表示對應的熱電偶接通。由一臺調壓器輸出端采用并聯(lián)方式提供兩路輸出電壓，電位器對每路輸出電壓進行調整，作為兩個加熱板的輸入電壓。

四、實驗內容

1、根據(jù)提供的實驗設備儀器材料，搭建實驗臺，合理設計實驗步驟。調整好電加熱器的電壓(調節(jié)調壓器)，并測定相關的溫度及電熱器的電壓等試驗數(shù)據(jù)。

2、對測定的實驗數(shù)據(jù)按照一定的方法測量進行數(shù)據(jù)處理，確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關系公式。

3、對實驗結果進行分析與討論。

4、分析影響制導熱儀測量精度的主要因素。

5、在以上分析結論的基礎之上盡可能的提出實驗臺的改進方法。

五、實驗步驟

1、利用游標卡尺測量試樣的長、寬、厚度，測試樣3個點的厚度，取其算術平均值，作為試樣厚度和面積。

2、測量加熱板的內部電阻。

3、校準熱工溫度儀表。

4、向水箱內注入冷卻水。

5、通過調整電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率，通過4位“LED”顯示主加熱板和副加熱板的溫度，根據(jù)主加熱板的溫度，調整電位器改變施加在副加熱板的電壓，使副加熱板的溫度與主加熱板的溫度一致。利用數(shù)字電壓表測量并記錄主加熱板電壓。

6、在加熱功率不變條件下, 試樣下表面和循環(huán)水箱下表面的溫度波動每5min不超過±1℃時，認為達到穩(wěn)態(tài)。此時，記錄主加熱板溫度、試樣兩面溫差。

7、通過數(shù)據(jù)鍵輸入試樣面積、厚度等相關參數(shù)，由試樣面積、厚度、主加熱板的電阻、電壓、上表面溫度及上均熱片的上表面溫度獲得試樣的導熱系數(shù)。

8、改變電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率件，重復步驟(5至7)測量并記錄多個溫度下的材料導熱系數(shù)。

9、關掉電源。

六、實驗要求

1、采用精度不低于0.05 mm的厚度測量工具(游標卡尺)，沿試樣四周測量四處的厚度，取其算術平均值，作為實驗前試樣厚度。

2、用酒精將試件及均熱片擦洗干凈并晾干，晾干后在其上均勻涂抹導熱油。

3、用調壓器將電壓調至一定值，保持不變，經(jīng)一段時間后，待跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度為一定值時，即導熱過程達到穩(wěn)定后記錄各點溫度及電熱器的電壓。

4、改變電加熱器的電壓(調節(jié)調壓器)，即改變電熱器熱量使之維持在另一個數(shù)值上，跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度達到新的穩(wěn)定狀態(tài)后，重復第3項的測量。

5、用最小二乘法計算不同橡膠材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關系式。

五、實驗報告要求

1、材料溫度可取材料上下表面溫度的平均值，即，其中：Tw1為試樣材料下表面溫度，Tw2為試樣上表面溫度。

2、實驗報告需用專用的實驗報告用紙進行書寫；

3、實驗報告中必須包含實驗目的和實驗步驟；

4、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)的記錄；

5、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)處理的具體步驟，并有材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關系式及關系曲線圖；

6、實驗報告中必須有對實驗數(shù)據(jù)結果的分析。

第三篇：金屬導熱系數(shù)測量實驗報告

南昌大學物理實驗報告 課程名稱：

大學物理實驗 實驗名稱：

金屬導熱系數(shù)的測量 學院：

信息工程學院 專業(yè)班級：

自動化 153 班 學生姓名：

廖俊智 學號：

6101215073 實驗地點：

基礎實驗大樓 座位號：號 實驗時間：

第七周星期四上午九點四十五開始、實驗目的: 用穩(wěn)態(tài)法測定金屬良導熱體的導熱系數(shù)，并與理論值進行比較。、實驗原理：、傅里葉熱傳導方程 導熱系數(shù)（熱導率）是反映材料導熱性能的物理量。

溫度為 T 2，T i T 2，熱量從上端流向下端。若加熱一段時間后，內部各個截面處的溫度達到恒定，此時 雖然各個截面的溫度不等，但相同的時間內流過各截面的熱量必然相等（設側面無熱量散失），這時熱 傳遞達到動態(tài)平衡，整個導體呈熱穩(wěn)定狀態(tài)。法國數(shù)學家，物理學家傅里葉給出了此狀態(tài)下的熱傳遞方

如圖二所示，將待測樣品夾在加熱盤與散熱盤之間，且設熱傳導已達到穩(wěn)態(tài)。由（1）式可知，加 測定材料的導熱系數(shù)在設計和制造加熱器、散熱器、傳 熱管道、冰箱、節(jié)能房屋等工程技術及很多科學實驗中 // 都有非常重要的應用。

圖（一）

如圖（一）所示。設一粗細均勻的圓柱體橫截面積為 S，高為 h。經(jīng)加熱后，上端溫度為 T 1，下端 Q 是 t 時間內流過導體截面的熱量, S T 1 T 2 h(1)學叫傳熱速率。比例系數(shù) 就是材料的導熱系數(shù)（熱導率），）。在此式中，S、h 和 T 1、T 2 容易測得，關鍵 是如何測得傳熱速率Q。、用穩(wěn)態(tài)法間接測量傳熱速率 T i T 2 熱盤的傳熱速率為Q S

h 2 T 1 T 2 d 2(T 1 T 2)4h 單位是

如圖三所示，把兩種不同的金屬絲彼此熔接，組成一個閉合回路。若兩接點保持在不同的溫度 下，則會產(chǎn)生溫差電動勢，回路中有電流。如果將回路斷開（不在接點處），雖無電流，但在斷開處有 電動勢。這種金屬導線組合體稱為溫差電偶或熱電偶。在溫度范圍變化不大時熱電偶產(chǎn)生的溫差電動勢 與兩接點間的溫度差成正比，（T T。），T o 為冷端溫度，T 為熱端溫度，叫溫差電系數(shù)。

在本實驗中，使用兩對相同的銅一康銅熱電偶，相同，它們的冷端均放在浸入冰水混合物的細玻 璃管中，T o 也相同。當兩個熱端分別接觸加熱盤和散熱盤時，可得樣品上下表面的溫度分別為：

T i 1

T o，T 2 2

T o，所以

（6）式就是本實驗所依據(jù)的公式。

d 和 h 分別為樣品的直徑和厚度，C 和 m 分別為散熱銅盤的比熱 和質量，i 和 2 分別為加熱至穩(wěn)態(tài)時通過熱電偶測出的兩個溫差電動勢

這樣，式（5）可以寫為 0.555 4Cmh d 2(1 2)g

t|(6)（由數(shù)字電壓表讀出）

為散熱盤在 2 時的冷卻速率

三、實驗儀器：

導熱系數(shù)測定儀（TC — 3）、杜瓦瓶 四、實驗內谷和步驟：

（1）先將兩塊樹脂圓環(huán)套在金屬圓筒兩端（見下圖），并在金屬圓筒兩端涂上導熱硅膠, 然后置于加熱盤 A 和散熱盤 P 之間，調節(jié)散熱盤 P 下方的三顆螺絲，使金屬圓筒與加熱 盤 A 及散熱盤 P緊密接觸。

（2）

在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端插入杜瓦瓶中，熱端分別插入金屬圓 筒側面上、下的小孔中，并分別將熱電偶的的接線連接到導熱系數(shù)測定儀的傳感器 I、II 上。

（3）

接通電源，將加熱開關置于高檔，當傳感器 I 的溫度 T i 約為 3.5mV 時，再將加熱開 關置于低擋，約 40min。

（4）

待達到穩(wěn)態(tài)時（T i 與 T 2 的數(shù)值在 10min 內的變化小于 0.03mV），每隔 2min 記錄 T i 和 T 2的值。0 0 Ji“ i J 測 1 表 o Q1 J O G 2 導蟻嚴數(shù)丹測 1

孟 g JI-■■

（5）

測量散熱盤 P 在穩(wěn)態(tài)值 T2 附近的散熱速率，移開加熱盤 A ,先將兩測溫熱端取下，再將 T2 的測溫熱端插入散熱盤 P 的側面小孔，取下金屬圓筒，并使加熱盤 A 與散熱盤 P 直接接觸，當散熱盤 P 的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài) T 2 的值約 0.2mV 左右時，再將加熱盤 A 移 開，讓散熱盤 P 自然冷卻，每隔 30s 記錄此時的 T 2 值。

（6）記錄金屬圓筒的直徑和厚度、散熱盤 P 的直徑、厚度、質量。

五、實驗數(shù)據(jù)與處理：

C 銅 =0.09197cal cm 1

s-1

C)1cal=418.68W/mK 散熱盤 p ：

m=810g R p =6.385cm h p

=0.71cm 金屬鋁圓筒：R B =1.95/cm h B

=9.0/cm 表 1 穩(wěn)態(tài)時 T 1 T 2 的數(shù)據(jù)：

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 穩(wěn)態(tài)時 T 3 對應的熱電勢數(shù)據(jù) U 3 2.46mV 表 2 散熱速率：

=0.0729 mV/s

時間 /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 鋁的熱導率的理論值為 2.0 x 10 2

(J ? s-1

? m 1

? K 1)六、誤差分析：、實驗中鋁并不是純鋁，存在雜質，而純度及雜質未知。、樹脂圓環(huán)與加熱盤和散熱盤不能緊密接觸。、在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，熱電偶的兩端在插入時深淺對實驗有一定的影響，過程中無法保持在同一深度，故測量的數(shù)據(jù)可能存在偏差。、試驗過程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物對實驗有一定的影響 七、思考題：

1.在測量散熱盤 P 的散熱速率 T 時，為什么要測在穩(wěn)態(tài)值 T3 附近的T

？ t t 答：在穩(wěn)態(tài)時，散熱速率鋁棒和銅盤的相等，測得銅盤的即可得出鋁棒的散熱速率。

八、附上原始數(shù)據(jù)

第四篇：教案 測量不良導體的導熱系數(shù)

教案 測量不良導體的導熱系數(shù)

林一仙 一 實驗目的

1、用穩(wěn)態(tài)平板法測量不良導體的導熱系數(shù)

2、用物體的散熱速率求傳熱速率

3、掌握熱電偶測量溫度的方法 二 實驗儀器

導熱系數(shù)儀、杜瓦瓶，熱電偶、FPZ-1型多量程直流數(shù)字電壓表、游標卡尺、停表 三 實驗原理

（一）穩(wěn)態(tài)平板法

?Q?t?Q?t????1??2h

為熱流量，λ為該物質的導熱系數(shù)，也稱熱導率，h-樣品厚度，A-樣品面積。所謂穩(wěn)態(tài)指的是高溫物體傳熱的速率等于低溫物體散熱的速率時，系統(tǒng)便處于一個穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)。

（二）實驗裝置及方法

?Q?t???1??4h2?d

2A-加熱銅盤，P-散熱銅盤；d-樣品盤的直徑，h-樣品盤的厚度； θ1-加熱銅盤的溫度，θ2-散熱銅盤的溫度。

（三）冷卻法測量散熱銅盤的散熱速率

∵ ?Q?t散?mcPd?Pdt ；

d?dt 是曲線在θ2點的斜率，如下圖 ∴ ??4hmPcPd?dt

?

d??21??2?

四 教學內容與步驟

1、測量樣品盤的厚度h和直徑d，并記錄散熱銅盤的質量。

2、系統(tǒng)的調整，三個盤的順序，固定的順序，先固定加熱盤，再用三個螺絲固定三個盤。用220V加熱15分鐘，同時將熱電偶相應插入各個插孔。提問應該怎樣判斷熱端冷端？應該怎樣使用數(shù)字電壓表？

3、提問：接下來應該做的實驗內容是什么？穩(wěn)態(tài)的測量，散熱曲線的觀測，各個詳細的步驟可以看書。特別注意穩(wěn)態(tài)的判斷以及散熱范圍，風扇的開與關。五 注意事項

1、數(shù)字電壓表調零要用調零旋鈕和調零開關

2、量程選擇20mv

3、散熱銅盤上的洞要與杜瓦瓶同側 六 考核內容

1、預習報告內容是否完整，原理圖、公式、表格等是否無誤。

2、檢查三個盤是否裝好，熱電偶是否接對，毫伏計是否調零。

3、檢查實驗數(shù)據(jù)是否有誤。

第五篇：沿程阻力系數(shù)測定實驗材料表

沿程阻力系數(shù)測定實驗材料表

1-蓄水箱（有機玻璃板）

2-實驗水箱，計量水箱（透明有機玻璃板）3-直徑20PPR管，直徑25PPR管

4-細玻璃管4根，細橡皮軟管2根，取壓管2根 5-閘閥X1

6-普通閥門X2