那晚越女说我?
范文一：导热硅脂的导热系数
导热硅脂的导热系数
一、什么是导热硅胶
导热硅胶是用来粘结电子元件和散热片的一种膏状物质，或者填补它们之间空隙的一种物质。从导热硅胶化学物质来看，它实际上由有机硅酮和一些导热、耐热性能突出的材料复合而成；从其外观上看，它很像牙膏，而且当温度在-50℃—+230℃时它可以长期保持膏状外观。 由于导热硅胶导热效率极高，而且高度绝缘和适宜温度范围广，所以它是目前用的比较多的一种导热介质。我们还可以用一些简单的方法来提高导热硅脂的导热效率，这种简单的方法就是向导热硅脂里添加石墨，但石墨粉颗粒要很细小，最好将石墨磨进导热硅脂里效果会更好。
二、导热硅脂的导热系数
导热硅脂的导热系数的高低很大程度能够决定散热器的散热效果，当然，导热硅脂导热系数越高越好。不同种类的导热硅脂构成物质具有一定的差别，因此其导热系数也存在一定的差异，用途也有所不同，简单点说，导热硅脂导热系数的高低基本上取决于其组成物质。 还有一些高导热系数硅脂的导热系数多在0.8-0.4之间，它们多选用优质的聚硅氧烷与上等导热、绝缘性材料，以及特殊助剂、工艺合成，总体上讲导热硅脂的导热系数在1.0——5.0之间。
导热硅脂导热系数
三、导热硅脂的涂抹
要保证导热硅脂高效率的导热，还需要我们正确的涂抹导热硅脂。导热硅脂正确的涂抹方法要注意：第一要将电子元件和散热片的接触区域擦拭干净，最好能用丙酮擦拭；第二在涂抹导热硅脂是量要适度，而且要涂抹均匀，不要留有空隙；第三涂抹时要好手套，以免手上的脏污混入硅脂。
导热硅脂导热系数
要想器件能够高效率地散热，小编在此提醒你要选合适的导热硅脂，千万不能买到假货，另外要不定期检查，及时更换。
范文二：导热系数的测定
导热系数的测定
导热系数(热导率) 是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。
测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。 【实验目的】
1、了解热传导现象的物理过程
2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3．学习用作图法求冷却速率
4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 【实验仪器】
1、YBF-3导热系数测试仪 一台 2、冰点补偿装置 一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组 4、塞尺 一把 【仪器简介】 仪器的面板图
上面板图
下面板图
加热温度的设定：
①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。
②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。 仪器的连接
连线图
从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。
【实验原理】
为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以dt 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成：
dT
dQ =-λ() Z 0ds ?dt dz
式中的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中比例系数λ即为导热系数, 可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。
利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是
dT 在材料内造成一个温度梯度dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温
dQ
区向低温区的传热速率。
dt
dT dz
dQ
1、关于温度梯度
dT dz
为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它
夹在两块良导体——铜板之间（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度T 1和T 2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。样品厚度可做成h ≤D （样品直径）。这样，由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。这样只要测出样品的厚度h 和两块铜板的温度T 1、T 2 ，就可以确定样品内的温度梯度度。
当然这需要铜板与样品表面的紧密接触（无缝隙），否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。
为了保证样品中温度场的分布具有良好的对称性，把样品及两块铜板都加工成等大的圆形。
dQ
2、关于传热速率dt
dQ 单位时间内通过一截面积的热量是一个无法直接测定的量，我们设法dt
将这个量转化为较为容易测量的量，为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜块，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡状态，称之为稳态。此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度T 2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们已经知道，铜板的散热速率与其冷却速率（温度变化 率）有关，其表达式为：
dQ dT
（S1-2） =-dt T dt T
22
式中m 为铜板的质量，c 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。因为质量容易直接测量，c 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。测量铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态
dT
dt
后，移去样品，用加热铜板直接对下金属铜板加热，使其的温度高于稳定温度T 2 （大约高出10℃左右）再让其在环境中自然冷却，直到温度低于T 2 ，测出温度在大于T 2到小于T 2区间中随时间的变化关系，描绘出T —t 曲线，曲线在T 2处的斜率就是铜板在稳态温度时T 2下的冷却速率。
应该注意的是，这样得出的是在铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热面积为2πR P 2+2πR P h P (其中R P 和h P 分别是下铜板的半径和厚度) 然而在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为πR P 2 ）是样品覆盖的，由于物体的散热速率与它们的面积成正比，所以稳态时，铜板散热速率的表达式应修正为：
dQ dT πR p +2πR P h P
=-m c ?2
dt dt 2πR p +2πR P h P
2
根据前面的分析，这个量就是样品的传热速率。
将上式代入热传导定律表达式，并考虑到ds=πR 2 可以得到导热系数：
2h P +R P 1h dT
λ=-mc ?2??（S1-4） T =T 2
2h P +2R P πR T 1-T 2dt
式中的R 为样品的半径、h 为样品的高度、m 为下铜板的质量、c 为铜块的比热容、R P 和h P 分别是下铜板的半径和厚度。右式中的各项均为常量或直接易测量。
【实验步骤】
1、用自定量具测量样品、下铜板的几何尺寸和质量等必要的物理量，多次测量、然后取平均值。其中铜板的比热容C=0.385kJ/(K·kg)
2、加热温度的设定100摄氏度：
①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）后一位数码管开始闪烁。
②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。
3、圆筒发热盘侧面和散热盘P 侧面，都有供安插热电偶的小孔，安放时此二小孔都应与冰点补偿器在同一侧，以免线路错乱。热电偶插入小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，保证接触良好，热电偶冷端接到冰点补偿器信号输入端。
根据稳态法的原理，必须得到稳定的温度分布，这就需要较长的时间等待。 手动控温测量导热系数时，控制方式开关打到“手动”。将手动选择开关打
到“高”档，根据目标温度的高低，加热一定时间后再打至“低”档。根据温度的变化情况要手动去控制“高”档或“低”档加热。然后，每隔5分钟读一下温度示值（具体时间因被测物和温度而异），如在一段时间内样品上、下表面温度T 1、T 2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。
自动PID 控温测量时，控制方式开关打到“自动”, 手动选择开关打到中间一档，PID 控温表将会使发热盘的温度自动达到设定值。每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内样品上、下表面温度T 1、T 2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。
4、记录稳态时T 1、T 2值后，移去样品，继续对下铜板加热，当下铜盘温度比T 2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘所有表面均暴露于空气中，使下铜板自然冷却。每隔30秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直至温度下降到T 2 以下一定值。作铜板的T —t 冷却速率曲线（选取邻近的T 2测量数据来求出冷却速率）。
5、根据（S1-4）计算样品的导热系数λ。
6、本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约4.0mV ，故应配用量程0～20mV, 并能读到0.01mV 的数字电压表（数字电压表前端采用自稳零放大器，故无须调零）。由于热电偶冷端温度为0℃, 对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不大时，其温差电动势（mV ）与待测温度（0℃）的比值是一个常数。由此, 在用（S1-4）计算时, 可以直接以电动势值代表温度值。
【注意事项】
1、稳态法测量时，要使温度稳定约要40分钟左右。手动测量时，为缩短时间，可先将热板电源电压打在高档，一定时间后，毫伏表读数接近目标温度对应的热电偶读数，即可将开关拨至低档，通过调节手动开关的高档、低档及断电档，使上铜盘的热电偶输出的毫伏值在±0.03mV 范围内。同时每隔30秒记下上、下圆盘A 和P 对应的毫伏读数，待下圆盘的毫伏读数在3分钟内不变即可认为已达到稳定状态, 记下此时的V T1和V T2值。
2、测金属的导热系数的稳态值时, 热电偶应该插到金属样品上的两侧小孔中；测量散热速率时，热电偶应该重新插到散热盘的小孔中。T 1、T 2值为稳态时金属样品上下两侧的温度，此时散热盘P 的温度为T 3，因此测量P 盘的冷却速率应为：
?T ?t
T =T 3
∴λ=mc
?T ?t
T =T 3
*
h 1
*T 1-T 2πR 2
测T 3值时要在T 1、T 2达到稳定时，将上面测T 1或T 2的热电偶移下来插到金属下端的小孔中进行测量。高度h 按金属样品上的小孔的中心距离计算。
3、样品圆盘B 和散热盘P 的几何尺寸，可用游标尺多次测量取平均值。散热盘的质量m 约0.8㎏，可用药物天平称量。
4、本实验选用铜—康铜热电偶，温差100℃时，温差电动势约4.27mV ，故配用了量程0—20mV 的数字电压表，并能测到0.01ｍV 的电压。
备注：当出现异常报警时，温控器测量值显示：HHHH 设置值显示： Err ，当故障检查并解决后可按设定键（S ）复位和加数键（▲）、减数键（▼）键重设温度。
【注意事项】
1、使用前将加热盘与散热盘面擦干净。样品两端面擦净，可涂上少量硅油。以保证接触良好。注意，样品不能连续做试验，特别是硅橡胶，必须降至室温半小时以上才能下一次试验。
2、在实验过程中，如若移开电热板，就先关闭电源。移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。
3、数字电压表数字出现不稳定时先查热电偶及各个环节的接触是否良好。 4、仪器使用时, 应避免周围有强烈磁场源的地方。
5、实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使样品两端划伤，以至影响实验的精度。
6、仪器长时间不使用时，请套上塑料袋，防止潮湿空气长期与仪器接触。房间内空气湿度应小于80%。
【数据记录与处理】
室温________ 湿度________
加热置于高档。20～40分钟后(时间长短随被测材料和环境有所不同) ，改为低档（PID 控温时可以保持高档不变），每隔2分钟读取温度示值：
测量下铜盘在稳态值V T2附近的散热速率时，每隔30s 记录的温度示值： 导热系数的计算：
λ=
(2h P +R P )?V
?2
2R +2h ?t πR B (V T 1-V T 2) P P
m c h B
T =T 2
式中的R 为样品的半径、h 为样品的高度、m 为下铜板的质量、c 为铜块的比热容、R P 和h P 分别是下铜板的半径和厚度。右式中的各项均为常量或直接易测量。
导热系数的不确定度
?λ?h ?R ?V ?V ?h ?R ?(?V ) ?(?t )
=+2++++++ λh B R B V 1V 2h P R P ?V ?t
?λ=?λ
λ
结果表示： λ=±?λ 单位： W?m 1?℃-1
附录1 铜——康铜热电偶分度表
范文三：导热系数的测定
导热系数的测定
授课对象：全院所有工科学生。 实验目的：
1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用物体的散热速率求传热速率。 3．学会用作图法求冷却速率。 4．用热电偶测量温度。
实验原理：
热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。
1． 在热稳定状态时，两平行平面，一面散出的热量和另一面传入的热量相等，即散热速率
等于传热速率。
散热速率 Q′/?t=mcK m ，c 分别是散热盘的质量和比热。
K=?T/?t 是冷却速率（单位时间内温度的改变量） 传热速率 Q/?t=λ?T S/h λ为导热系数，h 、S 分别是样品的高度和截面积 ?T 是热稳态时样品上下两表面的温差（T 1-T 2）。 则导热系数λ=
mcKh 4mcKh
（样品盘是一个圆盘） =2
S T 1-T 2πd T 1-T 22． 冷却速率的获得
冷却速率K=?T/?t 。测出散热盘随时间变化的降温过程，并绘出T —t 曲线。在曲线上通
过平衡温度T 2点用镜尺法作该曲线的切线，此直线的斜率K=?T/?t 即为在平衡温度T 2时散热盘的冷却速率。
实验重点与难点：
1． 重点：学习用稳态平板法测材料导热系数的方法，加深理解传热速率、散热速率、冷却
速率的概念及它们之间的关系。掌握用镜尺法作曲线切线的方法。 2． 难点：如何判定样品已处于热稳定状态。
实验四 单平面热源法测定材料的热扩散系数和导热系数
一、一、实验目的
1．进一步了解非稳态测量方法的特点，理解单平面热源法测定材料的热扩散系数与导热系数的基本原理；
2．了解试件构成原理，加深对实现“无穷大条件”方法的理解；
3．学会使用DRM —1型导热系数测定仪，测定给定材料的导热系数和热扩散系数。 二、二、实验原理
本实验是依据半无限大物体在恒热流作用下的非稳态导热过程设计的。考虑图4—1所示的初始温度为T 0的半无限大均质常物性物体，当其左表面在τ》0时突然受到恒定热流加热，则其导热过程可用下述数学模型描述，
?2T 1?T
=2
a ?τ?x
T τ=0=T 0q H =-λ
?T ?x
x =0
（1）
2
式中，T 是τ时刻物体内部任一点x 处的温度（℃），a 是材料的热扩散系数（m /s ) ，λ是材料的导热系数W/(m?℃) ，而τ和x 是时间（s ）和空间位置坐标（m ）。 不难证明，上述问题的解为，
2q H
θ(x,τ)=
λ （2）
其中，θ(x,τ)=T—T 0 （3）
η=
x
2a （4）
a ierfc (η)
而ierfc(η) 是补误差函数的一次积分值，，它可从附表中查得。
这样，如果我们不同时刻x=0和x=δ处的过余温度θ(0,τ1) 和θ(δ, τ2) ，则由于
θ(0, τ1) =
2q H
λ
q
a τ1ierfc (0) =1. H
λ
a τ1
（5）
a τ2ierfc (ηδ) λ （6） δ
ηδ=
2a 1 （7）
将（5）（6）两式相除，整理后得到，
θ(δ, τ2) =
2q H
ierfc (ηδ) =0.
τ1θ(δ, τ2)
τ2θ(0, τ1) （8）
式（8）中的右端项均为实验侧得的已知量，求解这个方程，就可以得到ηδ，而按（7）式，
a =
1δ2
()
4τ1ηδ （9）
求得热扩散系数a 后即可由（5）式或（6）是求出导热系数λ，进而如果我们知道材料的密度ρ就可以算出比热c ，
c =
λ
ρa （10）
实际实验时，多采用“加热冷却法”，即，当试件从τ=0被加热到τ=τ'后，将电源切断（q H =0) ，任其自由冷却，按线性迭加原理，
2q H
θ(x,τ)=
λ
λ
a τierfc (η)
τ≤τ' （11）
τ>τ' （12）
θ(x , τ) =
2a q H
[ierfc (η) --τ'ierfc (η')]
2a (τ-τ') （13）
这样，如果我们自τ=0时刻开始加热后，在τ=τ1时刻测得x=δ处的过余温度θ(δ, τ1) ，
其中
按（11）式，
η'=
x
θ(δ, τ1) =
2q H
λ
τ1ierfc (ηδ)
（14）
τ1时切断电源，然后，在τ'》到τ=τ2〉τ'时刻测得x=0处的过余温度θ(δ, τ2) ，按式（12）
θ（0，τ2）=
=1. q H
2a τ2q H
λ
[1--
τ]ierfc (0) τ2
（15）
λ
（14）式与（15）式相除，整理后得到，
a τ2[1--
τ]τ2
ierfc (ηδ) =Y （16） 其中ηδ的定义同（7）势，而Y 是一个实验测得的常数：
1--
Y =0. τ2θ(δ, τ1) θ(0, τ2) τ1
τ2
（17）
求解（16）式即可得到ηδ，进而由式（9）求得热扩散系数a ，从而由（15）式求得导热系数λ
λ=1. 1282
q H a τ2
θ(0, τ2)
[1--
τ']
τ2 （18）
三、三、实验设备
本实验采用天津建筑仪器厂生产的定型产品DRM —I 型导热系数测定仪，该仪器的详尽板面不知请参见仪器说明书。它主要分三个部分
1．试件部分：包括试件台、夹具。其中为了便于测温和计算加热量，试件分为三块，如图4—2所示，其中三个时间的厚度满足下述关系，
δⅡ=δⅠ+δ
δ<><δⅱ>
这样前述各式中的q H
q H =
12
I R /F 22 （W/m ） (20)
2
其中I 是电流强度A ，R 是电加热器的电阻（Ω），而F 是加热器的有效加热面积（m ）。
同时为了满足无限平板的条件，要求试件在其它方向上的几何尺寸应至少大于8δ。同时为了保证满足半无穷大这一条件，要求δⅠ大于（3~4）δ，并且实验时要监测试件外表面A 处的温度，保证在实验时间内它不发生明显的变化。
2．加热系统：采用薄膜平面型加热器。为了能准确地测得电加热器的功率，在加热器线路中串联上一个0.01Ω的标准电阻。用电位差计测量该标准电阻上的电压降U(mv)，则通过电加热器的电流强度I 为，
I=0.1U (A) (21) 而电加热器的加热功率按下式算出，
2
Q =I R （W ） (22)
3. 温度测量系统：热电偶用Φ0.1的铜—康铜制作，热电势的测量用高精度UJ31电位差计
并配有AC15/5型检流计。 四、四、实验方法
（一）实验前的准备工作
δⅠ+δ，1．制作截面为200×200mm 的试件三块，按前面的要求，各块厚度分别为δ，和δⅠ=
（3~4）δ。
2．开启总电源，并将45V 电源调到试验所需的电压值；然后接通6V 稳压电源，输出电压为6V 并稳定20~30分钟；
3．用天平称出试件质量，记下试件几何尺寸；
4．将试件放入夹具内，按图4—2放入热电偶和加热器；
5．将试件台上的两个加热器插头插入加热器引线的插座上，用电位差计“未知2”进行检测，电位差计读数应为0.24U(U为电压表指示值) 毫伏左右，并通过检流计观察加热电源，当其稳定时方可开始实验；
6．校正检流计光点指零；电位差计调零，然后将电位差计的转换开关指向“未知1”，测量上、下热电区的热电势是否相等，二者相差应小于4μV 。 （二）操作
1．按热电偶开管“3”，测出下表面热电势E 0然后再按热电偶开关“1”，测出上表面热电势
''E 0（若冷端温度高于试件温度时，按热偶开关“4”和“2”E E 00，此时测出的和为负值）。
2．按加热按钮并同时启动秒表计时；
'
E 03．移动电位差计刻度盘使其指针指示读数比高出0.08mV ，这时检流计光点偏移。随着
实验时间的推移，试件温度逐渐升高，所以检流计光点逐渐回零。当指针回到零点时记下秒
E ；
表读数即时间τ1，此时电位差计的毫伏值为
4．按“停止”钮（此时加热器电源即被断开，加热终止）并同时记下秒表读数，即加热时间τ'；
5．按热电偶开关“3”，移动电位差计刻度盘使刻度值的指示读数（毫伏值）比下面热电偶实际现时热电势低某个值，随着热源面（即x=0处）的温度的降低，检流计光点逐渐回零，大约从τ'过4到6分钟后，调节电位差计刻度盘使光点回零，这时记下秒表读数即时间τ2即电位差计的毫伏读数E ；
6．测量加热器的工作电流。将电位差计的“细”按钮断开，将转换开关指向“未知2”，再接通加热器电源，按下电位差计“粗”按钮，移动刻度盘使光点回零，记下电位差计的读数U ，而电流I ，
I=0.1U (A) (21)
'
7．切断电源，使仪器回复原样，实验结束。 五、五、数据处理
按式（16）至式（18）计算出导热系数λ和热扩散系数a ，其中q H 按式（20）和式（21）计算。而过余温度
θ(0, τ2) =T (0, τ2) -T 0
θ(δ, τ1) =T (δ, τ1) -T 0' （22）
由热电偶温度—热电势对照表查取，其中T(0, τ2) 和T 0按E 和E 0查取，T(δ, τ1) 和T 0按E '
'
'查取。 和E 0
六、六、实验报告
1．简述实验原理和主要测试方法； 2．给出所有原始数据；
3．计算导热系数和热扩散系数，并给出详尽的计算过程。 七、七、思考题
1．通过误差传递分析，给出选择合适的实验条件的指导性方案；
2．请将数据处理过程编写成计算机源程序，画出程序框图及使用说明。 八、八、附录
附录A ：DRM —1型导热系数测定仪的主要技术数据 1．工作电源：~220V,50Hz 2．工作条件：
环境温度 10℃~35℃ 相结湿度 ≤80%
3．加热器有效面积 0.0237m 加热器有效电阻 31.27Ω
4．热电势与温度的换算：t=E(t)×25℃
2
范文四：导热系数的测定
导热系数的测定
热传导是热量交换（热传导、对流、辐射）的三种基本方式之一，导热系数（又称热导率）是反映材料热传导性质的物理量，表示材料导热能力的大小。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此，某种材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类密切相关，而且还与它的微观结构、温度、压力及杂质含量有关。在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。
材料又分为良导体和不良导体两种。对于良导体一般用瞬态法测量其导热系数，即通过测量正在导热的流体在某段时间内通过的热量。对于不良导体则用稳态平板法测量其导热系数。所谓稳态即样品内部形成稳定的温度分布时即为稳态。本实验就是用稳态法测量不良导体的导热系数。
【实验目的】
1. 了解热传导现象的物理过程，巩固和深化热传导的基本理论；
2. 学习用稳态平板法测量不良导体的导热系数；
3. 学会用作图法求冷却速率；
4. 了解实验材料的导热系数与温度的关系。
【实验原理】
1. 导热系数
根据1882年傅立叶（J.Fourier ）建立的热传导理论，当材料内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传向低温处，这时，在dt 时间内通过dS 面积的热量dQ ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数是热导系数，即：
dQ dT =-λdS （1） dt dz
dT dQ 为传热速率，是与面积dS 相垂直的方向上的温度梯度，负号表示热dz dt
量从温度高的地方传到温度低的地方，λ是导热系数。国际单位制中，导热系数的式中单位为W ·m ·K 。
2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数
设圆盘P 为待测样品，如图1所示，待测样品P 、散热盘B 二者的规格相同，厚度均为h 、截面积均为S （S =－1－1πD 2
4，D 为圆盘直径），上下两面的温度为T 1和
T 2保持稳定，侧面近似绝热，则根据（1）式可以知道传热速率为：
T -T 1T -T 2dQ =-λ2S =λ1S （2） dt h h
为了减小侧面散热的影响，圆盘P 的厚度h 不能太大。由于待测圆盘的上下表面的温度T 1和T 2是用加热盘A 的底部和散热盘B 的顶部的温度来表示的，所以必须保证样品与加热盘A 和散热盘B 紧密接触。
图1、导热系数测定原理
所谓稳态法就是获得稳定的温度分布，这时温度T 1和T 2也就稳定了。当T 1和T 2的值稳定不变时，这时可以认为通过样品P 的传热速率与散热盘B 在温度为T 2时的散热速率相当。为了求出这时的传热速率，可以先求散热盘在温度T 2时的散热速率。实验中，在读得稳定的T 1和T 2时，即可将样品移去，然后将加热盘A 与散热盘B 直接接触，当B 盘的温度上升了大约10℃后，将加热盘A 移开，让B 盘自然冷却, 每隔一定的时间间隔采集一个温度值，由此求出铜盘B 在温度T 2附近的冷却速率。
由于物体的冷却速率与它的散热面积成正比，考虑到铜盘散热时，其表面是全部暴露在空气中，即散热面积是上、下表面与侧面，而实验中达到稳态散热时，铜盘的上表面却是被样品覆盖着的，故需对散热速率加以修正。修正后，铜盘P 的散热速率为：
(+πDh ) dQ dQ =2?全 （3） πD dt dt (+πDh ) 2
这里πD 2dQ 全dT 表示在自然冷却时的散热速率，它和冷却速率之间的关系为： dt dt
dQ 全dT =m c （4） dt dt
（3）（4）式，可以求出导热系m 和c 分别为待测样品的质量和比热容，根据（2）
数的公式为：
(
λ=mch
(D +h ) D +h )(T 1-T 2) 2?dT （5） dt
dT ，dt 式中，m 、c 、D 、h 、T 1、T 2，都可由实验测出准确值，由此可见，只要求出
就可以求出导热系数λ。
根据热电偶的工作原理，热电偶是将一定的温差转化为电动势而显示出来：
E ≈α?T （6）
这里α为温差系数，根据上面式子可以知道 1?T -T =(E 1-E 2)......... ........(a ) 2??1α ? （7） dT 1dE ?=.......... .......... .......... ..(b ) ??dt αdt
将（7）式代入（5）式，得到
(
λ=mch
(
【实验仪器】 D +h ) D +h )(E 1-E 2) 2?dE （8） dt
TF －3型导热系数测试仪；调压器；热电偶；冰筒；数字电压表；双刀双掷电键；游标卡尺；铜质厚底圆筒；铜盘；木架；待测圆盘形样品；硅油等。
【实验内容与步骤】
1. 熟悉各种仪表的使用方法，并按图2所示连接好仪器。
2. 将接触调压器调至200V ，接通电源约30分钟后，降至150V ，然后每隔5分钟
读一次温度示值，实验过程中实际上读出的是温差电动势的示值E ，若在十分钟内热电偶的示值不变，则认为达到稳定状态（数值在0.02mV 范围内波动视为不变），记录此时的E 1 、E 2。
3. 样品P ，将加热盘直接跟散热盘接触，待散热盘的温度比T 2上升了10℃（热电
偶的示值约增加0.5mV ）左右后，移去加热盘A ，让散热盘P 在空气中自然冷却，每隔30秒读一次温度的示值（热电偶读数E ），直至散热盘P 的温度降至比T 2低10℃左右。以t 为横坐标，E 为纵坐标，作E -t 曲线，并根据曲线求
出斜率
dE dt E =E 2。
L-红外灯；A-加热盘；B-待测样品；C-散热铜盘；D-支架；
E-热电偶；F-数字电压表；G-双刀爽掷开关；H-保温瓶；P-散热风扇。
图2、 实验装置示意图
4. 逐差法求出铜盘B 的冷却速率
导热系数。
【注意事项及常见故障的排除】
1. 务必使待测样品与A 、B 盘紧密接触使温度稳定后再记录此时的E 1、E 2请不要
直接用手触摸加热盘、散热盘及样品盘，以免烫伤实验样品不能连续做试验，必须要降至室温半小时以上才能做下一次实验。
2. 若开机秒表没有显示，需关上电源5秒再重新启动。原因是电源不稳定。
【实验数据处理及分析】
1. 散热盘的比热c = J ?kg -11dE dT （也就是dt αdt E =E 2），根据公式（5）求出?K -1，散热盘的质量m = kg
2. 稳定状态时的温度（电压）：
E 1= mV，E 2= mV
3. 散热盘自然冷却时温差电动势的变化速率dE
dt E =E 2，数据记录见表
1
【思考题】
1. 实验过程中环境温度的变化，对测量结果有什么影响？
2. 求温度T 2时的冷却速率时，在温度降低到T 2附近时要多测几组数据，并且越
接近T 2越好，应该如何解释？
3. 如何理解传热速率、散热速率以及冷却速率这三个概念？
用稳态法测定不良导体的导热系数时其误差的主要来源有哪些？
【参考文献】
[1] 崔益和，殷长荣，《物理实验》，苏州：苏州大学出版社。
[2] 杨俊才，何焰蓝，《大学物理实验》，北京：机械工业出版社。
【实验拓展】
1. 如果改变待测样品的形状，比如说改成薄的方块，那么原理中的（3）式应该如何修正。
2. 将测得的t －E 曲线用软件拟合，如Excel 、Methematica 等软件。
附录I
傅立叶相关知识
傅立叶（J.Fourier ）1768年生于法国的奥赛尔，他
的父亲是一名裁缝，不幸的是，他八岁就成为孤儿了。
他小时候是在一所由天主教管理的军事学校学习，多年
之后，他担任了这所学校的讲师。军事学校对他的影响
很大，因此他参与发起法国大革命，因为是有功人员，
所以他被奖赏作了法国工艺学院的教授，而他对军事的
喜爱却有增无减。拿破仑要远征埃及，他就把教授的职
务辞去而去追随拿破仑，1798年，他被任命为埃及南方
的总督，后来英国打败了法国，因此他就回到法国当一傅立叶（1768－1830） 个地方首长，也开始了他的热学实验。
1807年，傅立叶向法国科学院递交了一篇论文，里面是关于金属的热传导的。在这篇论文中，他做出了惊人的数学推断：任何函数都表示成正弦函数和余弦函数之和，可是这论文被拒绝了。1811年，他把论文修正过之后，再去法国科学院投稿，可是还是被拒绝了，但是为了鼓励他继续研究，法国科学院还是给了他一笔研究奖金。傅立叶生气地继续从事他的热学研究，并且在1822年在法国发表了《热的解
析理论》，这是热学方面伟大的著作，虽然，已经被证明了，傅立叶当年的推断是错误的，但是的确有许多函数是可以的，今天被称为傅立叶级数，并且在声学、光学、热力学和建筑学中有重要的应用。
有一个关于他的有趣传说，因为他在埃及待过，并且在那里做过热学实验，因此他深信：沙漠的热对我们的身体是非常有用的，因此他喜欢穿很多衣服待在温度很高的房间里，或许是因为他对热的研究太过于狂热了，加大了心脏负荷，使得他在63岁的时候因心脏病过世，而料理他后事的人发现，他整个人竟然都是烫的。
范文五：导热系数的测量
实验九 导热系数的测量
[实验目的]
用稳态法测出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
[实验仪器]
发热盘A ，散热盘P ，样品B , 数显计时器，毫伏表，电源，冰瓶，游标卡尺。 [实验原理]
T -T 2?Q
=λS 1( 9－1 ) ?t h T -T 2?Q
=λ1πR 2B ( 9－2 ) ?t h B
?Q ?T πR 2P +2πR P h P
（9－3） =mc 2
?t ?t 2πR P +2πR P h P
(
)λ=mc
?T (R P +2h P )?h B 1
?2 (9－4）
?t 2R P +2h P T 1-T 2πR B
[实验步骤]
1、用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测5次。
2、用游标卡尺测量散热盘P 的直径和厚度，测5次。用天平称出P 盘的质量。 一、不良导体导热系数的测量
1、实验时，先将待测样品（例如硅橡胶圆片）放在散热盘P 上面，然后将发热盘A 放在样品盘B 上方，并用固定螺母固定在机架上，再调节三个螺旋头，使样品盘的上下两个表面与发热盘和散热盘紧密接触。 2、在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端（黑色）插入杜瓦瓶中。将热电偶的热端（红色）分别插入加热盘A 和散热盘P 侧面的小孔中，并分别将其插入加热盘A 和散热盘P 的热电偶接线连接到仪器面板的传感器Ⅰ、Ⅱ上。
3、接通电源，将加热开关置于高挡，开始加热。当传感器Ⅰ的温度读数V T1约为4.2mV 时，再将加热开关置于低挡，降低加热电压，以免温度过高。
4、传感器Ⅰ、Ⅱ的读数不再上升（V T1和V T2的数值在10min 内的变化小于0.03mV ，约需40分钟，视不同的实验条件而不同）时，说明已达到稳态，每隔3分钟记录V T1和V T2的值。
5、测量散热盘在稳态值T 2附近的散热速率（
?Q
）。移开铜盘A ，取下橡胶盘，并使铜盘A ?t
的底面与铜盘P 直接接触，当P 盘的温度上升到高于稳定态的V T2值若干度（0.2mV 左右）后，再将铜盘A 移开，让铜盘P 自然冷却，每隔30秒(或自定) 记录此时的T 2值。根据测量值计算出散热速率
?Q
。 ?t
二、金属导热系数的测量
1、先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端，并在金属圆筒两端涂上导热硅脂，然后把圆柱体金属铝棒，置于发热圆盘与散热圆盘之间。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、当发热盘与散热盘达到稳定的温度分布后，T 1、T 2值为金属样品上下两个面的温度，此时散热盘P 的温度为T 3值。因此测量P 盘的冷却速度为：由此得到导热系数为λ=mc
?Q ?t
T =T 3
?Q ?t
T =T 3
?
h 1
? 2
T 1-T 2mR
测T 3值时可在T 1、T 2达到稳定时，将插在发热圆盘与散热圆盘中的热电偶取出，分别插入金属圆柱体上的上下两孔中进行测量。
三、测量空气的导热系数，调节三个螺旋头，使发热圆盘与散热圆盘的距离为h ，并用塞尺进行测量（即塞尺的厚度），此距离为待测空气层的厚度。
[实验数据与结果]
cal ?g -1??C -1，比重8.9g/cm3） 1、 实验数据记录（铜的比热c =0. 09197
1
散热盘P ：质量m = 968 (g) 半径R P =D P =6.4514（cm ）
1
橡胶盘：半径R B =D B =6.5022（cm ）
12
2、根据实验结果，计算出不良导热体的导热系数, 并求出相对误差。
λ=mc
?T (R P +2h P )?h B 1
?2
?t 2R P +2h P T 1-T 2πR B
=0.13096 W/m.K
相对误差=20.6%~81.9% [实验结果分析]
1、放置热电偶的发热和散热圆盘侧面的小孔应与杜瓦瓶同一侧，避免热电偶线相互交叉。 2、实验中，抽出被测样品时，应先旋松加热圆筒侧面的紧定螺钉。样品取出后，小心将加热圆筒降下，使发热盘与散热盘接触，应防止高温烫伤。
