实验二凹板法绝热材料导热系数测定

实验二凹板法绝热材料导热系数测定Measuring thermal conductivity of adiabatic material in flat一、实验目的1、掌握凹板法测定导热系数的原理和方法。巩固课堂上所学的关于稳定导热的概念和特点，测定非金属材料的导热系数。2、掌握和了解凹板导热仪造成一维、单向稳定导热的方法。3、熟悉电加热方法及其热量的计算方法和测量方法。4、了解热电偶测温方法及本实验中所使用的测温仪表。二、实验原理根据傅立叶定律，如图一所示的一维凹板稳定导热的计算公式为： （1）上式中热流W，F面积m2,温差，L凹板厚度m,导热系数w/m.如果我们用实验的方法测得凹板高低温面上的温度 t 1 ,t2 ,通过凹板的导热量，根据已知试件的几何参数F、L就可求得在平均温度为(t 1 +t2)/2状态下材料的导热系数。 （2）本实验中 , L在实验课给定，这就是凹板法测定材料导热系数的原理。LQt1t2图1 凹板测试示意图三、实验装置、测试仪器及实验方法上水套下水套均热板试 件 主加热器边加热器 底加热器低温面热电偶主边温差热电偶高温面热电偶主底温差热电偶进水进水出水出水实验装置本体如图二所示，由主加热器、环形边加热器、底加热器及上、下冷却水套等部件组成。加热器上均有用高导热系数材料（铜或银）制成的均热板，已保证各截面上温度均匀，并能缩短稳定时间。在主边加热器之间装有两付极性反接的串联温差热电偶，以监视试件的端面导热。主、底加热器之间的温差热电偶是监视主加热器加热量的向下泄漏，以保证主加热器的加热量在热稳定状态下全部通过试件。上、下冷却水套的冷却水串连并与恒温水浴中的恒温水构成闭路循环，保证了系统的温度稳定。主加热器由直流稳压电源供电加热。边、底加热器由调压变压器供电加热。3.1测量系统加热量的测量是根据供电回路中电流、电压的测量值而确定的。W (3)I电流A,V电压降V测量电路如图3所示，电流的测量，为已知阻值的标准电阻，在实验中测得电压降，便可算得电流I,由于值很小，属于毫伏级，又为直流，所以可用精确度很高的直流电位差计测量。3.2电压的测量由图3可知V:=100000:100,V=1000,由于的数值也属于毫伏级的，也可用直流电位差精确测量，测得，便可求得V。已知I和V后，便可根据公式（3）求得加热量Q。3.3温度的测量试件高低温面的温度t1及t2是用镍铬镍硅热电偶测量，测量热电偶电动势和的数值的指示仪表为HP万用表。主、边及主、底温差热电偶的输出端也直接由HP万用表读出。IV图 3 主加热器加热量测量原理图四、实验步骤1、由于本实验所需的热稳定试件较长，因此在课前已预先加热。学生在实验进行之前要根据实验设备仔细了解仪器的电路系统、测试系统和监控系统的操作方法。2、 正HP万用表的精度。3、 次按下转换开关的主边、主底的按键检查主边、主底加热器之间的平衡情况，如不平衡，调整有关加热器供电线路中的微调旋钮，使其达到平衡。这时用HP万用表测量其电势值应该在0附近。4、 用数字万用表测量温度T1及T2。5、 过10分钟后，重复步骤2)-4)，如果测得的t1及t2的毫伏值与前一次步骤4)测得的数据相差不大于0.08毫伏时，即可认为已达到稳定状态，就可以测录有关数据。6、 用HP 万用表分别测出的值。7、 记录主加热器的电流电压，边、底加热器的电流及恒温水浴的水温。8、 根据计算所测试件的导热系数。9、 检查所有的测试数据和计算结果，确认自己这次实验无误后，按顺序关闭主、边、底加热器的电源，但这时不要关闭恒温水浴的电源。10、 在计算机上填写实验报告，并回答报告中的问题。11、在完成报告，确认无误后，按提交实验报告按钮，系统将自动给出实验分数，完成此次实验。五、注意事项1、学生要按说明书。规定的操作程序进行实验。2、为保证实验设备的安全运行，实验中要注意检查冷却水路是否始终在正常工作。3、主加热器的加热电流不能超过1.5安培，边、底加热器的电流不能超过2安培。4、学生实验完毕后，必须将测量得到的温度毫伏值按表转换为温度值。六、书写实验报告并回答下列问题1、在采用主炉首先加热，边炉和底炉后加热的加热顺序，如果没有达到热稳定状态就进行测量，这时获得的导热系数结果比真实值大还是小？为什么？2、本实验在测量过程中没有考虑有接触热阻的影响，请问由于接触热阻的存在，使得实际导热系数的测量结果比实际要大还是要小？为什么？3、本实验设备能不能用来测定金属材料的导热系数？为什么？4、主加热器用直流电源加热有那些优点？七、实验报告内容及格式1、实验目的 2、实验内容 3、实验装置 4、实验原理（测试实验系统图） 5、实验步骤6、实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序）7、思考题解析