文档介绍：金属线膨胀系数的测定
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
至会造成工程的损毁,仪器的失灵,以及加工焊接中的缺陷和
失败等等。
实验目的
1.       掌握千分表测定固体长度微小变化的原理和方法。
2.       测定金属在一定温度区域内的平均线膨胀系数。
【实验仪器】
金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪
金属线膨胀系数测量实验装置如图1
加热引线
温度传感器引线
千分表
图1
【实验原理】
材料的线膨胀是材料受热膨胀时,在一维方向的伸长。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
胀系数做测定。
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L的物体,受热后其伸长量L与其温度的增加量t近似成正比,与原长L亦成正比,即
L =
(1)
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、熔融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。
式中的比例系数
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
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特性的一种手段。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t1时杆长L、受热后温度达t时的伸长量 L和受热前后的温度t1及t2 ,则该材料在(t ,t)温区的线胀系数为
=
(2)
其物理意义是固体材料在(t 1,t2)温区内,温度每升高一度时材料的相对伸长量,起单位为/(℃)。
测线胀系数的主要问题是如何测伸长量 L。先粗估算出 L的大小,若 L≈250mm,温度变化t2-t 1≈100℃,金属的a数量级为10 /(℃) ,则可估算出 L≈。对于这么微小的伸长量,用普通量具如刚尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表()、读数显微镜、光杆干放***、光学干涉法。本实验中采用千分表测微小的线胀量。
【实验内容和步骤】
(1)开机
1卸下三个下盘支撑螺钉,安装好实验装置,连接好电缆线,打开电源开关,“测量选择”开关旋至“设定温度”档,调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”钮,选择设定加热盘为所需的温度(℃)值。
2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,直至加热盘温度恒定在设定温度(℃)。
(2)测量
℃,读出千分表数值L,℃、℃、℃、℃、℃、℃、℃、℃、℃时,分别记下千分表读数L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10
(3)用逐差法求出5℃时金属棒的平均伸长量,由(2)式即可求出金属棒在(50℃,95℃)温区内的线胀系数。
【数据记录及处理】
T
50℃
55℃
60℃
65℃
70℃
75℃
80℃
85℃
90℃
95℃
L
L
=