金屬線脹系數(shù)的測定實驗報告

1、實驗5金屬線脹系數(shù)的測定測量固體的線脹系數(shù)，實驗上歸結(jié)為測量在某一問題范圍內(nèi)固體的相對伸長量。此相對伸長量的測量與楊氏彈性模量的測定一樣，有光杠桿、測微螺旋和千分表等方法。而加熱固體辦法，也有通入蒸氣法和電熱法。一般認為，用電熱絲同電加熱，用千分表測量相對伸長量，是比較經(jīng)濟又準確可靠的方法。一、實驗目的1學會用千分表法測量金屬桿長度的微小變化。2. 測量金屬桿的線膨脹系數(shù)。二、實驗原理一般固體的體積或長度，隨溫度的升高而膨脹，這就是固體的熱膨脹。設(shè)物體的溫度改變t時，其長度改變量為L,如果t足夠小，則t與L成正比，并且也與物體原長L成正比，因此有LLt（1）式（1）中比例系數(shù)稱為固體的線膨脹系

2、數(shù)，其物理意義是溫度每升高C時物體的伸長量與它在0C時長度之比。設(shè)在溫度為0C時，固體的長度為Lo,當溫度升高為tC時，其長度為Lt，則有(LtLo)/L。t(2)Lo(1t)如果金屬桿在溫度為1，t2時，其長度分別為L1，L2，則可寫出L1Lo（1t1）（3）L2Lo(1t2)將式（3）代入式（4），又因L1與L2非常接近，所以，L2/L11,于是可得到如下結(jié)果:L2L1L1(t2t1)由式（5），測得L1，L2，t1和t2，就可求得值三、儀器介紹（一）加熱箱的結(jié)構(gòu)和使用要求1.結(jié)構(gòu)如圖5-1。(5)2.使用要求（1）被測物體控制于8400mm尺寸；（2）整體要求平穩(wěn)，因伸長量極小，故儀器不

3、應有振動；（3）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（讀數(shù)在處較為適宜，然后再轉(zhuǎn)動表殼校零）；（4）被測物體與千分表探頭需保持在同一直線。（二）恒溫控制儀使用說明面板操作簡圖，如圖5-2所示。轉(zhuǎn)向AXX.X表示當時傳感器溫度，即b。再自動轉(zhuǎn)為b.（表示等待設(shè)定溫度）o2. 按升溫鍵，數(shù)字即由零逐漸增大至實驗者所選的設(shè)定值，最高可選80C.3. 如果數(shù)字顯示值高于實驗者所設(shè)定的溫度值，可按降溫鍵，直至達到設(shè)定值。4當數(shù)字達到設(shè)定值時，即可按確定鍵，開始對樣品加熱，同時指示燈會閃亮，發(fā)光頻閃與加熱速率成正比。5.確定鍵的另一用途是可作選擇鍵，可選擇觀察當時的溫度值和先前

4、設(shè)定值。6實驗者如果需要改變設(shè)定值可按復位鍵，重新設(shè)置。四、實驗步驟1. 接通電加熱器與溫控儀輸入輸出接口和溫度傳感器的航空插頭。2. 測出金屬桿的長度Li（本實驗使用的金屬桿的長度為400mm）,使其一端與隔熱頂尖緊密接觸。3. 調(diào)節(jié)千分表帶絕熱頭的測量桿，使其剛好與金屬桿的自由端接觸，記下此時千分表的讀數(shù)小。4. 接通恒溫控制儀的電源，先設(shè)定需要加熱的值為30E，按確定鍵開始加熱，在達到設(shè)定溫度后降溫至室溫，降溫時也應讀數(shù)。注視恒溫控制儀，每隔3C讀一次讀數(shù)，同時讀出千分表的示數(shù)，將相應的讀數(shù)t2，t3，tn，n2，n3，nn，n2，n3，m，芯，n3，nn記在表格里。（其中nn=（nn+

5、nn）/2）5. 顯然,金屬桿各時刻上升的溫度是t2-ti，t3-t!，tn"，相應的伸長量是斤2-山，汗3-山，nn-ni，則式（5）可表示為nnni=Li(tntl)nnniLi(tn切t(6)由此可知，線膨脹系數(shù)是以nn-ni為縱坐標、以tn-ti為橫坐標的實驗曲線的斜率。把各測量值填入下表，作厲-ni與tn-ti的曲線（即n與t曲線），先算出Li，再求出。另外還可根據(jù)式（6）來計算出。因為長度的測量是連續(xù)進行的，故用逐差法對n進行處理。五、實驗數(shù)據(jù)Tn/cNn/mm六、數(shù)據(jù)處理1.圖像法根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出n與t曲線如下圖所示因R20.9991，故數(shù)據(jù)正相關(guān)相關(guān)性很高?？傻肔|=

6、C，又因L|=400mm求得0.0046Li2.逐差法nin5ni匕帀斤30461.154000.0890.09295105/C%n65n8花0.0933n40.09565n1n2n3n440.092725nA2.76102nBnB0.001mmun2.9310同理求得f20,tA0根據(jù)查得的tB0.2C求出utut,_tAt20.2根據(jù)式(6),則n5-1.159105廠CLituur(l-)2u2-:-（打）2u2t，其中I-1tt代入數(shù)據(jù)求得Ur3.16104ur3.662310(1.1591053.6623109)/CIUr(1.1591050.0316%3.6623109)/C七、誤差分析兩種方法所測得的結(jié)果幾乎一致，而逐差法中Ur3.16104，數(shù)量級很小。故而誤差在允許范圍內(nèi)。2.儀器本身存在的誤差。產(chǎn)生誤差的原因：1.在讀取數(shù)據(jù)時的讀數(shù)誤差八、注意事項1. 在測量過程中，整個系統(tǒng)應保持穩(wěn)定，不能碰撞。2. 讀取t-，-數(shù)據(jù)時，特別是讀取