A first principles approach to thermal conductivity measurements of solids

Abstract

Although knowledge of heat conduction is crucial to the understanding of many practical everyday phenomena, the exposure of university students at the undergraduate level to this subject is often limited. With the intent of improving this situation, we describe the design of a simple apparatus for measurement of the thermal conductivity of materials, using components that could be found in most undergraduate laboratories. Use of this apparatus clearly illustrates the basic principles of heat conduction, as the data collected enable the determination of the thermal conductivity of a material directly from the defining equation. To demonstrate the use of this apparatus in determining the thermalconductivity of materials, we describe the result obtained from measurements of a plate of aluminium alloy.Bien que la connaissance de la conduction de la chaleur soit critique à la compréhension de plusieurs phénomènes pratiques journaliers, l'exposition de ce sujet aux étudiants universitaires au niveau non-diplômé est souvent restreinte. En vue d'améliorer cette situation nous décrivons le plan d'un simple appareil qui mesurerait la conductivité thermale de matériaux, avec les composants que l'on trouve dans la plupart des laboratoires. L'usage de cet appareil démontre clairement les principes fondamentaux de la conduction de la chaleur, puisque les données qu'on relève permettent la détermination de la eonduction thermale du materiau soumis à l'examen directement de l'équation définissante. Afin de démontrer l'usage de cet appareil, nous décrivons aussi le résultat obtenu des mesures d'une plaque d'alliage d'aluminium.