金屬線脹系數(shù)的測定實驗報告

丈量固體的線脹系數(shù)，實驗上歸納為丈量在某一問題范圍內(nèi)固體的相對伸長量。此相對伸長量的丈量與楊氏彈性模量的測定同樣，有光杠桿、測微螺旋和千分表等方法。而加熱固體方法，也有通入蒸氣法和電熱法。一般以為，用電熱絲同電加熱，用千分表丈量相對伸長量，是比較經(jīng)濟又正確靠譜的方法。一、實驗目的學會用千分表法丈量金屬桿長度的細小變化。丈量金屬桿的線膨脹系數(shù)。二、實驗原理一般固體的體積或長度，隨溫度的高升而膨脹，這就是固體的熱膨脹。設物體的溫度改變t時，其長度改變量為L,假如t足夠小，則t與L成正比，而且也與物體原長L成正比，所以有LLt（1）式（1）中比率系數(shù)稱為固體的線膨脹系數(shù)，其物理意義是溫度每高升1℃時物體的伸長量與它在0℃時長度之比。設在溫度為0℃時，固體的長度為L0,當溫度高升為t℃時，其長度為Lt，則有(LtL0)/L0t即LtL0(1t)（2）假如金屬桿在溫度為t1，t2時，其長度分別為L1，L2，則可寫出L1L0(1t1)（3）L2L0(1t2)(4)將式（3）代入式（4），又因L1與L2特別靠近，所以，L2/L11,于是可獲得如下結(jié)果：L2L1（5）L1(t2t1)由式（5），測得L1，L2，t1和t2，便可求得值。三、儀器介紹（一）加熱箱的構(gòu)造和使用要求構(gòu)造如圖5-1。使用要求（1）被測物體控制于8400mm尺寸；2）整體要求安穩(wěn)，因伸長量極小，故儀器不該有振動；3）千分表安裝須適合固定（以表頭無轉(zhuǎn)動為準）且與被測物體有優(yōu)秀的接觸（讀數(shù)在~處較為適合，而后再轉(zhuǎn)動表殼校零）；4）被測物體與千分表探頭需保持在同向來線。（二）恒溫控制儀使用說明面板操作簡圖，如圖5-2所示。圖5-2當電源接通時，面板上數(shù)字顯示為FdHc，表示儀器的企業(yè)符號，而后馬上自動轉(zhuǎn)向AXX.X表示當時傳感器溫度，即t1。再自動轉(zhuǎn)為b.（表示等候設定溫度）。按升溫鍵，數(shù)字即由零漸漸增大至實驗者所選的設定值，最高可選80℃.假如數(shù)字顯示值高于實驗者所設定的溫度值，可按降溫鍵，直至達到設定值。當數(shù)字達到設定值時，即可按確立鍵，開始對樣品加熱，同時指示燈會閃亮，發(fā)光頻閃與加熱速率成正比。確立鍵的另一用途是可作選擇鍵，可選擇察看當時的溫度值和先前設定值。實驗者假如需要改變設定值可按復位鍵，從頭設置。四、實驗步驟接通電加熱器與溫控儀輸入輸出接口和溫度傳感器的航空插頭。測出金屬桿的長度L1(本實驗使用的金屬桿的長度為400mm)，使其一端與隔熱頂尖密切接觸。調(diào)理千分表帶絕熱頭的丈量桿，使其恰好與金屬桿的自由端接觸，記下此時千分表的讀數(shù)n1。接通恒溫控制儀的電源，先設定需要加熱的值為30℃，按確立鍵開始加熱，在達到設定溫度后降溫至室溫，降溫時也應讀數(shù)。凝視恒溫控制儀，每隔3℃讀一次讀數(shù)，同時讀出千分表的示數(shù)，將相應的讀數(shù)t2，t3，，tn，n2，n3，，nn，n2，n3，，nn，n2，n3，，nn記在表格里。（此中nn=（nn+nn）/2）5.明顯，金屬桿各時刻上漲的溫度是t2-t1，t3-t1，，tn-t1，相應的伸長量是n2-n1，n3-n1，，nn-n1，則式（5）可表示為nnn1=L1(tnt1)即nnn1nL1(tnt1)（6）L1t由此可知，線膨脹系數(shù)是以nn-n1為縱坐標、以tn-t1為橫坐標的實驗曲線的斜率。把各丈量值填入下表，作nn-n1與tn-t1的曲線（即n與t曲線），先算出L1，再求出。此外還可依據(jù)式（6）來計算出。由于長度的丈量是連續(xù)進行的，故用逐差法對n進行辦理。五、實驗數(shù)據(jù)Tn／℃Nn／mm六、數(shù)據(jù)辦理圖像法依據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出n與t曲線以下列圖所示因R20.9991,故數(shù)據(jù)正有關(guān)有關(guān)性很高?？傻肔1=℃，又因L1=400mm求得0.00460.00461.15105/℃L14002.逐差法n1n5n10.089n2n6n20.0933n3n7n30.09295n4n8n40.09565nn1n2n3n40.09272544ni)2(n3nAi12.7610nB0.001mm41unn2AnB22.93103同理求得t20，tA0依據(jù)查得的tB0.2℃求出ututt2AtB20.2依據(jù)式（6），則1.159105/℃L1turu(ln)2u2n(ln)2u2t，此中l(wèi)n1，ln1ntnntt代入數(shù)據(jù)求得ur3.16104uur3.6623109u(1.1591053.6623109)/℃則(1.1591053.6623109)/℃ur0.0316%七、偏差剖析兩種方法所測得的結(jié)果幾乎一致，而逐差法中ur3.16104，數(shù)目級很小。故而偏差在同意范圍內(nèi)。產(chǎn)生偏差的原由：1.在讀取數(shù)據(jù)時的讀數(shù)偏差。2.儀器自己存在的偏差。八、注意事項在丈量過程中，整個系統(tǒng)應保持穩(wěn)固，不可以碰撞。讀取tn，nn數(shù)據(jù)時