文档介绍：金属线胀系数的测定 目录
1、概述……………………………………2
2、实验原理………………………………3
3、实验步骤………………………………5
4、教学要求……………………………11
5、重点与难点…………………………12
6、预习思考题…………………………13
7、思考与讨论…………………………14
概述
为了定量的描述固体材料的热胀冷缩特性,在物理学中引进了线胀系数的概念。当温度升高时,一般固体由于其原子或分子的热运动加剧,粒子间的平均距离发生变化,温度越高,其平均距离越大,这就是固体的热膨胀。热膨胀是物质的基本热学性质之一。
物体的热膨胀不仅与物质种类有关,而且对晶体而言,其热膨胀还有各相异性;如石墨受热时,沿某些方向膨胀,而沿另一些方向则收缩。金属是晶体,但由于它们是由许多晶粒构成的,而且这些晶粒在空间方位上的排列是无规则的,所以,金属整体表现出各相同性,或称它们的线膨胀在各个方向均相同。
材料的线膨胀系数的数据是工程设计所需考虑的重要参数之一。比如:在组装电子元件时,组装形态会由于基板受热后的胀缩应力对元件产生影响,如果热膨胀系数不同,这个应力会很大,造成元件接合部电极的剥离,降低产品的可靠性;在制造精密仪器时就要用线膨胀系数很小的材料;当两种材料焊接在一起时就要考虑膨胀系数是否相等或相近,否则一旦温度改变,焊接处就会产生松动或断裂等问题;因此必须对材料的线膨胀系数进行测定。
除了电子工业部门以外,在建筑工程、机械装配等部门中都需要考虑固体材料的热膨胀。所以,测定固体的线膨胀系数有着重要的实际意义。
实验原理
热膨胀原理:当温度升高时,金属杆的长度会发生变化,这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即
式中L1和L0分别为物体在温度t1和t0时的长度,一般固体材料的α值很小,所以ΔL=L1-L0也很小,因此本实验成功的关键之一就是测准ΔL的问题,所以本实验用光杠杆放大系统来测量它。
热传导和热平衡原理:
温度总是从高温往低温传递,因此只要存在温差就会有热传导在进行,那么就不会处在平衡的状态。从观察方法来看,当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。
动态平衡:指温度在某一个小范围内波动()。当温度达到最大时可能会有1-2分钟的平衡。
光杠杆法放大原理
实验步骤
1、摆正线胀系数仪,然后将光杠杆放好,调好镜面的竖直度。
2、调整镜尺组与光杠杆的距离,然后调整支架的位置使望远镜与标尺互为对称。接着调节望远镜光轴的水平度,调节角度使镜头对准镜子,调节高度使它与镜子等高,再调焦可以分别看到标尺的像和镜子的像。
3、结合调节目镜和物镜,使叉丝和标尺的像同时清晰,然后调零。并记下短叉丝对应的刻度值,即B1、B2的值,紧接着按照温度变化规律从低到高分次进行加热,并等待温度达到平衡时记下温度t的值和标尺N的值,℃左右即应断电,不要一直加热。
4、最后再用游标卡尺测出光杠杆的前后足的距离h的值,注意:要把光杠杆取下来,压在一张白纸上,压出三个足痕,把前两足的足痕连成线,后足描黑,卡尺的刀口一边与前足连线重合,另一边与后足重合,即可。
光杠杆的放置
光杠杆后足应垂直置于金属环中部,避免靠近边缘。
镜面应保持竖直
两前足应置于槽中
对称的调节
调零测B的值
加热方法图示
初始状态
加热状态,加温指示灯亮
℃即停止加热,加温指示灯灭,温度继续上升,在温度下降之前读出最高温度t及与之相对应的N值。
游标卡尺的读数规则
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