文档介绍：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
;
。
二、实验教学重难点
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,原长为的物体,受热后其伸长量与其温度的增加量近似成正比,与原长亦成正比,即
式中的比例系数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
材料
铜、铁、铝
普通玻璃、陶瓷
殷钢
熔凝石英
数量级
~-10-5(℃)-1
~10-6(℃)-1
<2×10-6(℃)-1
~10-7(℃)-1
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(1)式可知,测量出时杆长、受热后温度达
时的伸长量和受热前后的温度及,则该材料在(,)温区的线胀系数为:
(2)
其物理意义是固体材料在(t1,t2)温区内,温度每升高一度时材料的相对伸长量,其单位为(℃)-1。
测线胀系数的主要问题是如何测伸长量ΔL。先粗估算出ΔL的大小,若L≈250mm,温度变化t2-t1≈100℃,金属的a数量级为10-5(℃)-1,则可估算出ΔL≈。对于这么微小的伸长量,用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的,可采用千分表()、读数显微镜、光杠杆放***、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
千分表
调零
mV
℃
t
℃
℃
℃
V
A
FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台
I
Ⅱ
B区
C区
D区
A区
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(℃),这时给加热盘设定的温度要高于所需的温度(℃),把此时温度计为,读出千分表数值L。
4、重复步骤3,设定温度依次递增5,且递增9