探讨导热系数实验中实验条件对实验结果的影响

　　1.基本概念

　　1.1 导热系数

　　导热系数又称热导率是表征物质热传导性质的重要物理量，导热系数的数值就是每单位时间内，每单位长度、温度降低 1℃时，每单位面积上所通过的热量, 导热系数的 SI 单位：瓦特每米开尔文，即 w/mk，它与材料的结构和杂质的含量有关。同时，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、分子围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 。研究材料的导热性质，在科学研究和工程应用中是一个重要课题，凡联系到新型材料的开发，设备及装置的热设计等方面都离不开它，对于不同材料的不同性质(非金属不良导体;金属良导体)可采用不同的测试研究方法。

　　1.2 导热系数的测定方法

　　测定材料导热系数的方法一般分为两类：一类是稳态法, 通常根据被测材料的物理特性或条件来设计制造导热系数的测量装置。常用的有球体法、平板法、圆柱或圆管法等;一类是动态法，则是根据加热方式，分为正常情况法、线热源法、片面热源法和闪光法等等。

　　1.2.1 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;当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态，则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。

　　1.2.2 动态法

　　在动态法中，利用热源对样品加热，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。

　　根据材料导热性能的不同，做成试样的形状也不同，还有加热方式也不同。平板法是测定低热导率物质的传统方法。作为平板法除可采用上述稳态测量外也可采用动态法测量，往往动态测量比稳态测量较为优越，主要是测量时间较短，热损的影响较小，这在常温尤其高温测量中更为重要。

　　动态法也可分为两类，即周期的和暂态的，取决于供给试样热能的方式是有固定周期的调制，或者是瞬时的 。一般的说采取这种方法使温度的测量成为相对测量，因而温度探测器不需要做精确的校准。70年代国外发展应用的激光脉冲法测定固体材料导热系数的方法，现在在国内也有应用，其优点不仅在于此，还在于测试的样品可以做的很小，测试周期很短，只需要几十秒钟等等。