金属线膨胀系数测定.docx

金属线膨胀系数的测量绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱 造成的这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接） 中，都应考虑到否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度考虑失当，甚至会造成工程 的毁损，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向上的伸长线胀系数是选用材料的一项 重要指标特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数作测定一、实验教学目的1．掌握一种测线膨胀系数的方法；2．应用逐差法处理数据二、实验教学重难点1. 千分表的读数2. 逐差法处理数据三、实验仪器与用具数字智能化热学综合实验平台、千分表、游标卡尺四、实验原理固体受热后其长度的增加称为线膨胀经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的 物体，受热后其伸长量AL与其温度的增加量At近似成正比，与原长L亦成正比，即AL = a LAt式中的比例系数a称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）大量实验表明，不同材 料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小 殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。

几种材料的线胀系数铜、铁、铝普通玻璃、陶瓷殷钢熔凝石英〜-10一5 UC) -1〜10-6 (C) -1<2X10-6 (C)-1〜10-7 (C) -1材 料a数量级实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同某些合金，在金相 组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变因此测定线胀系数也是了解材料持 性的一种手段但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状由a）式可知，测量出［时杆长l、受热后温度达t时的伸长量AL和受热前后的温度t及t，则该材料在（t , t ）温区的2 1 2 1 2 线胀系数为：2)ALa =—L(t — t)21其物理意义是固体材料在（tt2）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其 单位为（°C）-】测线胀系数的主要问题是如何测伸长量ALo先粗估算出al的大小，若L~250mm,温度变化t t ~100C，金属的a数量级为10-5（C）-i,则可估算出AL~0.25mm对于 2－ 1这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的，可采用千分表（分度值为0.001mm）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法。

本实验中采用千分表测微小的线胀量五、实验步骤曰1、 用游标卡尺测出室温下待测金属杆的原长L,测三次求出算术平均值2、 如上图所示，安装好实验装置，连接好电缆连接线，将待测金属杆插于加热盘内，调 节螺钉,使千分表的指针转动一个微小的角度3、 将“测量选择”开关拨向“上盘温度”档,打开加热开关,观察加热盘温度的变化, 直至温度稳定,此时加热盘可能达不到设定温度,可适当调节“设定温度细选”使其温度 达到所需的温度（如50.0°C）,这时给加热盘设定的温度要高于所需的温度（如50.0°C）,把此时温度计为T，读出千分表数值L114、 重复步骤3,设定温度依次递增5°C ,且递增9次（如依次为55.0C、60.0C、65.0C、70.0C、75.0C、80.0C、85.0C、90.0C、95.0C）,随着温度的上升，千分表开始旋转，当温度稳定后，千分表停止动作，记下此时的温度值（T、T、T、T、T、T、T、2345678T、T ）及千分表读数（L、L、L、L、L、L、L、L、L Q9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 105、 用逐差法求出温度每升高5C时铜杆的平均伸长量，由（2）式即可求出铜杆在这个温 区（如50.0C, 95.0C。

内的线胀系数6、 将铜杆换成铁杆，重复以上步骤，测出铁杆在某个温区的线胀系数六、数据记录及处理1、测量铜杆的原长L测量次数123平均值L / mm2、记录对应温度时的千分表读数T / °CL / mmT =L =11T = T+ 5°C =L =212T 二 T、+ 10°C 二L =313T 二 Tr + 15°C 二L =414T 二 T' + 20°C 二L =515T 二 Tr + 25°C 二L =616T 二 Tr + 30°C 二L =717T 二 T、+ 35°C 二L =818T _ T + 40°C _L _9 19T _ T + 45°C _L _10 1103、计算得到铜杆的线胀系数 ①温度每升高5 °C时，由逐差法处理数据，可得铜杆的平均伸长量AL为:(L - L ) + (L - L ) + (L - L ) + (L - L ) + (L - L )AL = 6 1 7 2 8 3 9 4 10 5 =mm)5 x 5T 二 o厂 T = o厂②铜杆在(T1 - C， 10 C )温区的线胀系数为：AL _a = (°C)-14、误差分析5〜8……（将铜杆换成铁杆，对照步骤1〜4,自拟过程）七、注意事项1、 千分表安装须适当固定 （以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（初始读数在 0.2—0.3mm处较为适宜）；2、 因伸长量极小，故仪器不应有振动；3、 千分表测头需保持与实验样品在同一直线上。

八、思考题1、 试分析哪一个量是影响实验结果精度的主要因素？2、 试举出几个在日常生活和工程技术中应用线胀系数的实例3、 若实验中加热时间过长，仪器支架受热膨胀，对实验结果有何影响？。