文档介绍：§2-3 固体线膨胀系数的测量
热学实验
北京理工大学珠海学院数理学院
薛帅
一、预习提要
测量固体线膨胀系数的原理和方法
光杠杆放大原理及放大倍数的计算
尺读望远镜的使用
设计待测量的数据记录表格
二、实验目的
1. 掌握金属材料线胀系数的测量方法
2. 掌握光杠杆法测量微小长度变化量的原理
三、实验仪器
加热装置
反光镜
直标尺
望远镜
温度计
四、实验原理
1、背景:
“热胀冷缩”现象是绝大多数物体的共性。
在工程计算、材料的焊接和加工过程中都必须对物体这种热胀冷缩的特性加以考虑,定量地分析它所引起的结构变化。
各种材料的热膨胀系数,是定量分析热膨胀问题的依据,用实验方法测定热膨胀系数,则是最简便的途径。
2、概念
线膨胀——一般情况下,固体受热后长度的增加称为线膨胀。
线膨胀系数——实验证明,长度为的固体受热膨胀后,其相对伸长量dL/L与温度变化dt成正比,写成等式为:
其中,比例系数称为固体线膨胀系数。
3、光杠杆
T:望远镜;M:光杠杆(反光镜);P:标尺;C:有孔圆柱体;m,c:金属杆受热膨胀后的光杠杆和圆柱体;a:光杠杆长度;D:光杠杆距标尺距离.
4、光杠杆法测微小伸长量
光杠杆系统放大原理参照杨氏模量测量实验。
当待测铜管受热伸长时,光杠杆后足尖被顶起微小量△L,此时光杠杆的平面镜转过角度,从望远镜中可读出待测铜管伸长前后叉丝所对标尺的读数分別为H0与H1,则:
将(3)式代入(2)中,得光杠杆法测量固体线胀系数的公式为:
五、实验内容
1. 用卷尺测量铜管加热前的长度L0,再将其插入加热器中心金属筒中,上端露出筒外。将电阻温度计插入铜管内部。
2. 将光杠杆置于仪器平台上,两前足尖放在固定台上,后足尖放在铜管上,镜面竖直。—,调节光路(方法参照杨氏模量测量实验),并记录下此时望远镜中标尺的初始光标刻度H0。
3. 将温度测量仪“预置开关”拨到“设置”位置,旋转“调节旋钮”,设定最高加热温度(终结温度,一般为100摄氏度)。
4. 将“预置开关”拨到“测温”位置,并记录此时铜管的温度t0。
5. 打开加热器上的“电源”开关,调节“功率”旋钮至合适位置,开始加热,每升高10度记录一次望远镜中的光标刻度H,测量6--7个点。达到最高温度后,温度测量控制仪自动断开,加热电源面板上的红灯灭,绿灯亮。
6. 测量标尺到光杠杆平面镜的距离D,光杠杆臂长b。
六、数据记录与处理