金屬線膨脹系數(shù)測定

金屬線膨脹系數(shù)的測量絕大多數(shù)物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內(nèi)部分子熱運動加劇或減弱造成的。這個性質(zhì)在工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，在機械和儀器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都應(yīng)考慮到。否則，將影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和儀表的精度。考慮失當，甚至會造成工程的毀損，儀表的失靈，以及加工焊接中的缺陷和失敗等等。材料的線膨脹是材料受熱膨脹時，在一維方向上的伸長。線脹系數(shù)是選用材料的一項重要指標。特別是研制新材料，少不了要對材料線脹系數(shù)作測定。一、實驗教學目的1．掌握一種測線膨脹系數(shù)的方法；2．應(yīng)用逐差法處理數(shù)據(jù)。二、實驗教學重難點1.千分表的讀數(shù)2.逐差法處理數(shù)據(jù)三、實驗儀器與用具數(shù)字智能化熱學綜合實驗平臺、千分表、游標卡尺。四、實驗原理固體受熱后其長度的增加稱為線膨脹。經(jīng)驗表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，原長為的物體，受熱后其伸長量與其溫度的增加量近似成正比，與原長亦成正比，即式中的比例系數(shù)稱為固體的線膨脹系數(shù)（簡稱線脹系數(shù)）。大量實驗表明，不同材料的線脹系數(shù)不同，塑料的線脹系數(shù)最大，金屬次之，殷鋼、熔凝石英的線脹系數(shù)很小。殷鋼和石英的這一特性在精密測量儀器中有較多的應(yīng)用。幾種材料的線脹系數(shù)材料銅、鐵、鋁普通玻璃、陶瓷殷鋼熔凝石英數(shù)量級～-10-5（℃）-1～10-6（℃）-1＜2×10-6（℃）-1～10-7（℃）-1實驗還發(fā)現(xiàn)，同一材料在不同溫度區(qū)域，其線脹系數(shù)不一定相同。某些合金，在金相組織發(fā)生變化的溫度附近，同時會出現(xiàn)線脹量的突變。因此測定線脹系數(shù)也是了解材料持性的一種手段。但是，在溫度變化不大的范圍內(nèi)，線脹系數(shù)仍可認為是一常量。為測量線脹系數(shù)，我們將材料做成條狀或桿狀。由（1）式可知，測量出時桿長、受熱后溫度達時的伸長量和受熱前后的溫度及，則該材料在（，）溫區(qū)的線脹系數(shù)為：（2）其物理意義是固體材料在（t1,t2）溫區(qū)內(nèi)，溫度每升高一度時材料的相對伸長量，其單位為（℃）-1。測線脹系數(shù)的主要問題是如何測伸長量ΔL。先粗估算出ΔL的大小，若L≈250mm，溫度變化t2－t1≈100℃，金屬的a數(shù)量級為10-5（℃）-1，則可估算出ΔL≈0.25mm五、實驗步驟千分表千分表調(diào)零mV℃tX0.1KPa℃℃℃VAFT-RZT-I數(shù)字智能化熱學綜合實驗平臺IⅡB區(qū)C區(qū)D區(qū)A區(qū)

1、用游標卡尺測出室溫下待測金屬桿的原長L，測三次求出算術(shù)平均值。2、如上圖所示，安裝好實驗裝置，連接好電纜連接線，將待測金屬桿插于加熱盤內(nèi)，調(diào)節(jié)螺釘，使千分表的指針轉(zhuǎn)動一個微小的角度。3、將“測量選擇”開關(guān)撥向“上盤溫度”檔，打開加熱開關(guān)，觀察加熱盤溫度的變化，直至溫度穩(wěn)定，此時加熱盤可能達不到設(shè)定溫度，可適當調(diào)節(jié)“設(shè)定溫度細選”使其溫度達到所需的溫度（如50.0℃），這時給加熱盤設(shè)定的溫度要高于所需的溫度（如50.0℃），把此時溫度計為4、重復步驟3，設(shè)定溫度依次遞增5，且遞增9次（如依次為55.0℃、60.0℃、65.0℃、70.0℃、75.0℃、80.0℃、85.0℃、90.0℃、95.0℃），隨著溫度的上升，千分表開始旋轉(zhuǎn)，當溫度穩(wěn)定后，千分表停止動作，記下此時的溫度值（、、、、、、、、）及千分表讀數(shù)（L、L、L、L、L、L、L、L、L）。5、用逐差法求出溫度每升高5℃時銅桿的平均伸長量，由（2）式即可求出銅桿在這個溫區(qū)（如50.0℃，6、將銅桿換成鐵桿，重復以上步驟，測出鐵桿在某個溫區(qū)的線脹系數(shù)。六、數(shù)據(jù)記錄及處理1、測量銅桿的原長L測量次數(shù)123平均值L/mm2、記錄對應(yīng)溫度時的千分表讀數(shù)3、計算得到銅桿的線脹系數(shù)①溫度每升高5時，由逐差法處理數(shù)據(jù)，可得銅桿的平均伸長量為：（mm）②銅桿在（，）溫區(qū)的線脹系數(shù)為：=4、誤差分析5～8……(將銅桿換成鐵桿，對照步驟1～4，自擬過程)七、注意事項1、千分表安裝須適當固定(以表頭無轉(zhuǎn)動為準)且與被測物體有良好的接觸(初始讀數(shù)在0.2—0.3mm處較為適宜)；2、因伸長量極小，故儀器不應(yīng)有振動；3、千分表測頭需保持與實驗樣品在同一