热量的传递方式有热传导、热对流和热辐射。导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。在工程技术方面，如熔炼炉、传热管道、散热器、加热器，以及日常生活中空调、冰箱等都要考虑材料的导热性能，所以，对导热系数的研究和测量就显得很有必要。我们把导热系数大、导热性能较好的材料称为热的良导体；而把导热系数小，导热性能较差的材料称为热的不良导体。一般说来，金属的导热系数比非金属的要大2~3个数量级；固体的导热系数比液体的要大；气体的导热系数最小。本实验采用稳态法测量导热系数，采用热电偶测出其温度。

【实验目的】

1．掌握用稳态法测定导体和不良导体的导热系数。

2．了解物体散热速率和传热速率的关系。

【实验原理】

实验室中测定固体导热系数的方法多数采用稳态平板法。该方法的原理是：当两物体相接触时，热量以热传导的方式从高温物体向低温物体传递。当温度的变化只是沿着一个方向进行时，热传导由单位时间内通过截面的热量、温度的梯度、热传导系数等物理量所决定。样品的导热系数可由以下公式计算求得：

            （单位：）       （1）

式中，c为散热盘的比热容，m为散热盘的质量，样品的导热速率由散热盘的散热速率确定，h为样品的厚度，D为散热盘直径，为散热盘的厚度，T₁₀和T₂₀分别是加热盘和散热盘稳态时的温度。

实验中，上下两个铜盘分别作为加热盘和散热盘，如图1所示，加热盘将热量通过待测样品传向散热盘，加热盘和散热盘各用一个热电偶测得其相对于冰水混合物的温差电动势。当这两个热电偶测得的温差电动势数值不变时，即加热盘和散热盘的温度保持不变，这时热传导就达到了稳定状态。由于样品很薄，其侧面向外散热很少，可认为加热盘传递给样品的热量近似等于样品向周围散发的热量，即样品下表面的散热速率就等于散热盘的散热速率。只要求出散热盘在稳态温度点的散热速率，就求出了样品的散热速率K，从而可由（1）式算出样品的导热系数。

图1. 稳态平板法测定固体的导热系数原理示意图

在样品的比热容c已知，样品的厚度h、散热盘的质量m和直径D已测的情况下，对样品导热系数的测定就转化为散热盘在稳态温度点时散热速率的测定。由于实验中通过热电偶测量加热盘和散热盘相对于冰水混合物的温差电动势，因此，相应的温度值只需查询温差电动势与温度关系的定标表即可。实验时，如果在一段时间内（如10分钟）样品上、下表面温度T₁₀、T₂₀示值都不变，即可认为已达到稳定状态。记录稳态时T₁₀、T₂₀值后，移去样品，用上盘给下盘直接加热。当下盘温度比稳态时的T₂₀高出10℃左右时，移去上盘，让下盘自然冷却。如果用风扇冷却，则在加热和散热过程一直打开风扇，其余过程同上。然后每隔一段时间（如20秒）读一次下盘的温度示值，根据下盘温度T₂随冷却时间t的变化来求出冷却速率K。

【相关参数】

下铜盘直径，下铜盘厚度，牛筋样品厚度，下铜盘质量，铜盘比热容

【实验步骤】

1、  将上铜盘、牛筋样品、下铜盘水平叠放，拧紧下铜盘下面的三个螺丝使它们紧密接触。将两只热电偶的冷端放入保温杯的冰水混合物中。

2、  将PID自动控温调至60℃。选择“手动”、“高”档，加热至57℃时改为“自动”，直至60℃。然后每隔三分钟看一看上、下铜盘的E₁、E₂值，直至有一段时间两值基本不变，记下E₁=    mV、E₂=    mV，查表记下各自对应的温度T₁₀=    ℃、T₂₀=    ℃。

3、  移去牛筋样品，让上、下铜盘紧密接触，加热下铜盘。当加热至比T₂₀高出10℃时，移去上铜盘，让下铜盘自然冷却，每隔30秒记一次下铜盘的E值，直至下铜盘温度降至（T₂₀－10）℃方可停止记录。

4、  作出下铜盘温度T₂随时间t的变化曲线，计算T₂₀处切线的斜率，求出冷却系数K值，带入导热系数公式即可得出牛筋样品的导热系数。（计算时各物理量要统一到国际单位制的主单位！）

【数据图表】

1、热动平衡时：上铜盘E₁=    mV～ T₁₀=    ℃；下铜盘E₂=    mV～T₂₀=    ℃。

2、下铜盘温度随时间的变化表

下铜盘冷却温度随时间变化曲线：（下图为例子示意图，画图时还要加上标度等）

【注意事项】

1、热电偶是本实验易被折断和造成数据不稳定（数字跳动）的主要因素，请不要弯折热电偶，热电偶与主装置插孔处尤须注意！

2、“信号选通”旋钮使用频繁，旋转时用力要轻，亦不可用力下压！