文档介绍：实验十固体线胀系数的测定
一般情况下,物体当温度升高时,由于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,其平均距离也越大,在宏观上体现出体积发生热膨胀。热膨胀是物质的基本热学性质之一。物质的热膨胀不仅与物质的种类有关,而且对于同种物质温度不同时其膨胀系数也不相同。因此,在生产、科研和生活中必须考虑物质“热胀冷缩”的特性。测定其膨胀系数有着重要的实际意义。
尤其是对于固体而言,虽然固体的热膨胀非常小,但是物体发生很小形变时却产生很大的应力。通常测量固体线胀系数是在某一温度范围内测量固体的微小深长量,测量微小深长量的方法有光杠杆法、螺旋测微法等,在这里介绍用光杠杆方法测量金属的线胀系数。
【实验目的】
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【实验仪器】
固体线胀系数测定仪、待测金属棒、温度计、秒表、光杠杆、米尺、游标尺、尺读望远镜。
【实验原理】
设物体在温度时的长度为,则该物体在时的长度为
(4-14-1)
式中为该物体的线膨胀系数。设物体的伸长量为,将式(4-14-1)改写成
(4-14-2)
由(4-14-2)式可见,的物理意义就是温度每升高l℃时物体的伸长量与它在0℃时的长度之比(则物体长度的相对变化)。严格地讲,不是一个常数,而是与温度有关的量,但是随温度的变化一般很小。当物体的温度变化不太大时,我们把式(4-14-2)所确定的视作在此温度范围内物体的平均线膨胀系数。
如图4-14-1所示,实际测量得到的是物体在温度时的长度和温度升到时的长度。以及在至间的伸长量,设是常数,则有
(4-14-3)
(4-14-4)
将(4-14-3)式代入(4-15-4)式,得,简化为
(4-14-5)
图4-14-1
由于和非常接近,所以,上式变为
(4-14-6)
物体温度由升至时的伸长量很小,可借助光杠杆测量,有,。当角很小时有,则
(4-14-7)
式中为光杠杆前两足尖连线至后足尖的垂直距离,为光杠杆镜面至标尺间的距离,是温度由升至时望远镜中标尺读数的增量。将(4-14-7)式代入(4-14-3) 式得
(4-14-8)
本实验就是通过测量(4-14-8) 式右边各量来测定金属棒的线膨胀系数。
【实验步骤】
-14-2所示,取出被测金属棒,用米尺测量待测金属棒的长度L后慢慢放入孔中,直到被测棒的端接触底面;调节温度计固定夹的锁紧钉使温度计下端长度为150~200毫米,小心放入加热管内的被测金属棒孔内。
,镜面垂直平台,使光杠杆的两个前足尖放在平台上的小沟槽内,后足尖放在待测金属杆上端的平面上(不要接触温度计固定夹)。
,调节平面镜到标尺的距离(约在1m左右)。使望远镜与平面镜大致等高。
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,使望远镜内的叉丝清晰;调节物镜(转动右边手轮),首先使望远镜内的平面镜清晰,再使平面境内标尺象清晰并无视差。
“0”点附近。
。当温度开始变化起,测出套筒内温