3 spôsoby merania tepelnej vodivosti

Tepelná vodivosť je miera schopnosti vzorky viesť teplo. Najčastejšie sa používa vo fyzike a je užitočný pri určovaní toho, ako materiál vedie elektrický prúd. Na meranie tepelnej vodivosti použite rovnicu Q / t = kAT / d, vložte svoju plochu, čas a tepelnú konštantu a dokončite rovnicu pomocou poradia operácií.

Metóda 1 z 3:Meranie vzoriek v ustálenom stave


Umiestnite vzorku medzi 2 kovové platne. Najlepší spôsob merania vzorky v ustálenom stave je metóda horúcej platne. Ak je vaša vzorka plochá a väčšinou obdĺžniková, umiestnite ju v laboratóriu medzi 2 kovové dosky. Uistite sa, že máte dostatok priestoru na chladenie a ohrev každej platne.[1]

  • Materiál v ustálenom stave sa nemení, ani keď prechádza premenou alebo zmenou. Ak do chemickej zmesi pridáte činidlo na zmenu, ale zmes si zachová svoje vlastnosti, ide o materiál v ustálenom stave.


Zahrievajte hornú dosku a ochladzujte spodnú dosku, kým sa teploty neustália. Použite ohrievací prístroj na ohrev hornej dosky a chladiaci prístroj na ochladenie spodnej dosky. Môžete nastaviť určitú teplotu pre každú platňu alebo ich len sledovať, aby ste videli, na akú teplotu dosiahnu. Ustálenie teploty môže trvať až 10 minút.[2]


Monitorujte množstvo tepla prechádzajúceho vzorkou. Tepelná vodivosť je množstvo tepla, ktoré sa stratí v priebehu času. Pomocou teplomera zmerajte množstvo tepla prechádzajúceho vzorkou z teplej strany na chladnú stranu, aby ste získali konštantu tepelnej vodivosti. Zapojte ju do rovnice tepelnej vodivosti.[3]

  • Teplomer umiestnite na nenápadné miesto vzorky.


Aplikujte Searlovu tyčovú metódu pre vzorku v ustálenom stave vo forme skúmavky. Použite Searleho tyčový prístroj na testovanie rýchlosti tepelnej vodivosti, ak je vaša vzorka v potrubí, napríklad v medi. Vložte vzorku do stredu prístroja. Umiestnite parný koniec prístroja do umývadla. Nastavte hlavu prístroja tak, aby ste zabezpečili rovnomerný prietok vody cez vašu vzorku. Zmerajte teplotu vody pri výstupe z prístroja.[4]

Tip: Searleeho tyčový prístroj sa môže ťažko používať, ak s tým nemáte skúsenosti. Ak potrebujete, požiadajte skúseného laboranta, aby vám pomohol s nastavením prístroja.


Testujte malú, tenkú vzorku s paralelnou tepelnou vodivosťou. Tenké vzorky nezvládnu taký veľký tlak ako hrubé, valcové vzorky. Umiestnite vzorku na stupienok medzi zdroj tepla a chladič. Zmerajte stratu tepla v priebehu času. Potom zmerajte fázu, aby ste otestovali jej tepelnú vodivosť. Odpočítajte vodivosť stolíka od vodivosti vzorky.[5]

Metóda 2 z 3: Meranie nestacionárnych vzoriek


Vložte horúci drôt do stredu vzorky. Neustále vzorky sú oveľa pravdepodobnejšie ako peny alebo gély, do ktorých možno vložiť drôt. Zahrejte drôt a zaznamenajte teplotu, pri ktorej začína. Vložte drôt do stredu vzorky, kde je najhrubšia.[6]

  • Drôt je pomerne rušivý, preto ho nemožno použiť na pevné vzorky.
  • Materiály v nestacionárnom stave sa menia, keď prechádzajú transformáciou alebo zmenou.


Sledujte zmenu teploty v drôte v priebehu času. Nastavte časový limit približne 10 minút na testovanie vzorky. Sledujte zmenu teploty drôtu, kým je vo vnútri vzorky.[7]


Znázornite zmenu teploty na grafe. Použite zmenu času na jednej osi a zmenu teploty na druhej osi. Použite zmeny teploty drôtu na výpočet tepelnej vodivosti porovnaním s logaritmom času.[8]

Tip: Túto skúšku drôtu môžete upraviť tak, aby bola namiesto toho podporovaná na podložke. Takto vlastne nemusí preniknúť do samotnej vzorky.


Monitorovanie laserového záblesku pre rýchly spôsob testovania nestacionárnych stavov. Použite laserový blesk na rýchle dodanie krátkeho tepelného impulzu vašej vzorke. Sledujte infračervený skener na určenie zmeny teploty v priebehu času v celej vzorke.[9]


Meranie tepelnej vodivosti a tepelného výkonu pomocou impulzného napájania. Valcovú alebo trojuholníkovú vzorku držte medzi zdrojom tepla a chladičom. Použite štvorcovú alebo sínusovú vlnu zo zdroja tepla na vyslanie elektrického prúdu do vzorky. Zmerajte stratové teplo a elektrický prúd v priebehu času.[10]

Metóda 3 z 3: Použitie rovnice


Zapíšte rovnicu pre tepelnú vodivosť: Q / t = kAT / d. Na meranie tepelnej vodivosti musíte zohľadniť všetky premenné, ktoré by mohli ovplyvniť tepelné straty alebo zisky. Pri riešení tepelnej vodivosti sa zohľadňuje čas, hrúbka vzorky, konštanta tepelnej vodivosti a teplota skúšky.[11]

  • V rovnici „Q“ znamená množstvo tepla odovzdaného za určitý čas alebo tepelnú vodivosť.
  • „t“ znamená zmenu v čase.
  • „k“ znamená konštantu tepelnej vodivosti.
  • „A“ označuje prierez vzorky, ktorý vedie teplo.
  • „T“ je rozdiel teplôt od studenej strany vzorky po horúcu stranu vzorky.
  • „d“ znamená hrúbku vzorky.


Obe strany rovnice vynásobte „t.“ Na vyriešenie vašej rovnice je potrebné izolovať „Q“. Vynásobte svoju rovnicu „t“ tak, aby „Q“ stálo samostatne naľavo od znamienka rovnosti. Napríklad: [12]

  • (Q / t) x t = (kAT / d) x t
  • Tým vznikne rovnica: Q = tkAT / d


Prepočítajte čas na sekundy a doplňte ho do rovnice. Váš problém alebo experiment vám pravdepodobne poskytol časový úsek v minútach alebo dokonca hodinách. Ak je váš čas v minútach, vynásobte minúty 60, aby ste dostali sekundy. Ak je váš čas v hodinách, vynásobte čas 3600, aby ste získali sekundy. Do „T“ rovnice dosaďte svoje sekundy.[13]

  • Ak máte napríklad 30 minút, zoberte 30 x 60 = 1800 sekúnd.
  • Ak máte 1 hodinu, vynásobte 1 x 3600 = 3600 sekúnd.
  • Vaša rovnica by mala znieť: Q = (3600 s)kAT / d


Zapíšte svoju konštantu tepelnej vodivosti pre „k.“ Teplota, ktorú vaša vzorka spriemerovala, sa zvyčajne udáva v zlomku joulov za sekundu na meter na stupeň. Nahraďte tepelnú konštantu „k“ vo vašej rovnici. Napríklad: [14]

  • Q = (3600 s)(0.84 J/s x m x °C)AT / d


Vynásobte výšku x šírku vašej vzorky a doplňte ju do „A.“ Plochu vzorky získate vynásobením výšky a šírky vzorky. Ak bola vaša vzorka kvapalina, namiesto plochy použite objem. Zapojte plochu do „A“ vašej rovnice. Uistite sa, že vaša plocha je v metroch štvorcových. Napríklad: [15]

  • Ak je vzorka 0.65 m vysoký a 1.25 m široký, násobiť 0.65 x 1.25, aby ste dostali 0.8125 m<nahor>2.
  • Q = (3600 s)(0.84 J/s x m x °C)(0.8125 m<up>2)T / d


Odpočítajte teplotu chladu od teploty tepla a použite ju pre „T.“ Použite studenú teplotu a teplú teplotu na zistenie celkovej zmeny teploty. Odčítajte teplotu chladu od teploty tepla, aby ste zistili celkovú zmenu. Pri odčítaní zachovajte rovnaké jednotky.[16]

  • Ak je teplota chladu 5 °C (41 °F) a teplota tepla 20 °C (68 °F), odčítajte 20 °C – 5 °C = 15 C.
  • Q = (3600 s)(0.84 J/s x m x °C)(0.8125 m2)(15 °C) / d


Vložte hrúbku vašej vzorky pre „d.“ Celková hrúbka ovplyvňuje rýchlosť, akou bude teplo opúšťať vašu vzorku. Prepočítajte hrúbku vašej vzorky na metre a potom ju dosaďte za „d“ vo vašej rovnici.[17]

  • Q = (3600 s)(0.84 J/s x m x °C)(0.8125 m2)(15 °C) / 0.02 m

Tip: Ak je hrúbka vašej vzorky v centimetroch, vydeľte ju 100, aby ste získali metre. Napríklad 2 cm / 100 = 0.02 m.


  • Vypočítajte svoju rovnicu na získanie joulov tepla. Pri dopĺňaní rovnice postupujte podľa poradia operácií. Zrušte každú jednotku okrem joulov, ako budete postupovať. Ak je vaše číslo dlhšie ako 2 desatinné miesta, použite na jeho doplnenie platné číslice.[18]

    • Q = 1.84 x 106 J
  • Odkazy