水的测量精度和导热系数

文献中有大量已发表的许多材料的热传输特性值，其中一些可以追溯到 19世纪。所有这些数据均基于测量，因为没有导热系数的基准材料。在最好的情况下，公布的结果是在受控条件下使用不同技术进行的多次测量得出的，即所谓的循环测试。如果是这样，所有测量值的平均值可能是对真实值的合理估计，但仍然包含误差和偏差，且误差和偏差的大小未知。

将比热容和热导率联系起来

上述的一个例外与水的热容有关。根据定义，一卡路里是指将 1 克水的温度在 20 °C 下升高 1 摄氏度所需的能量。在 SI 单位中，20 °C 时水的 C p为 4.18 J/gK。由于这是比热的定义，因此它是准确且正确的。知道单位体积的比热（密度乘以 C p）等于热导率除以热扩散率，我们就有很好的机会通过同时测量水的电导率和扩散率来测试准确性。 20℃时，纯水的密度为1.00g/cm 3，因此单位体积的比热将为4.18MJ/m 3 K。

测试水质

要测量水，必须采取一些预防措施：需要对水进行蒸馏，以除去所有离子。它还必须脱气并保存在密封容器中，以除去溶解的气体并防止与空气接触时重新吸收。将以此方式制备的水样封装在带有 Hot Disk 传感器的容器中并进行相应的测试。

使用符合ISO 22007-2的TPS 2500 S仪器进行分析被利用了。在这种情况下，采用半径为 3.2 mm 的传感器，加热功率为 25 mW，测量时间为 3 s。

结果

使用 Hot Disk TPS 2500 S 测量的 0 至 100 °C 水的导热系数。

温度。 [°C]	λ [W/m/K]	标准	K [mm2 /秒]	标准	ρCp [MJ/m3K]	标准
0	0.5864	0.009	0.133	0.005	4.41	0.11
20	0.6075	0.028	0.147	0.018	4.18	0.33
40	0.6691	0.038	0.173	0.026	3.94	0.47
60	0.7310	0.027	0.200	0.021	3.68	0.27
80	0.7938	0.028	0.239	0.025	3.35	0.22
100	0.8580	0.017	0.268	0.022	3.21	0.17
20	0.6270	0.012	0.158	0.008	3.97	0.13

最初在 20 °C 下测量水，结果显示 C p为 4.186 MJ/m 3 K。然后在 0 °C 下进行测试，每 20 °C 升至 100 °C，最后再次在 20 °C 下进行。当样品开始溶解周围空气中的气体时，C p值逐渐下降，如 20 °C 下采集的值所示。

在每个温度下进行五次测量，并计算每个温度下的标准偏差，以评估测试的精度。标准偏差还用于计算置信度，以便可以判断微小的变化是真实的还是随机的。在这些实验中，所有标准偏差均被证明在 2σ 水平内。

结论

使用热盘法，可以同时测量电导率和扩散率。根据这些测量值，计算出每单位体积的比热容。不使用或不需要校准或与标准进行任何比较。热盘方法是绝对的。与预期比热的一致性非常好，因此可以得出结论，电导率和扩散率是准确且具有很高的确定性的。电导率和扩散率不正确导致比热计算仍得出理论值的风险可以忽略不计。