金屬線脹系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

丈量固體的線脹系數(shù)，實(shí)驗(yàn)上歸納為丈量在某一問題范圍內(nèi)固體的相對(duì)伸長(zhǎng)量。此相對(duì)伸長(zhǎng)量的丈量與楊氏彈性模量的測(cè)定同樣，有光杠桿、測(cè)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(duì)伸長(zhǎng)量，是比較經(jīng)濟(jì)又正確靠譜的方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用千分表法丈量金屬桿長(zhǎng)度的細(xì)小變化。丈量金屬桿的線膨脹系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理一般固體的體積或長(zhǎng)度，隨溫度的高升而膨脹，這就是固體的熱膨脹。設(shè)物體的溫度改變t時(shí)，其長(zhǎng)度改變量為L(zhǎng),假如t足夠小，則t與L成正比，而且也與物體原長(zhǎng)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(shí)物體的伸長(zhǎng)量與它在0℃時(shí)長(zhǎng)度之比。設(shè)在溫度為0℃時(shí)，固體的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0,當(dāng)溫度高升為t℃時(shí)，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)t，則有(LtL0)/L0t即LtL0(1t)（2）假如金屬桿在溫度為t1，t2時(shí)，其長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1，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(cè)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(cè)物體控制于8400mm尺寸；2）整體要求安穩(wěn)，因伸長(zhǎng)量極小，故儀器不該有振動(dòng)；3）千分表安裝須適合固定（以表頭無轉(zhuǎn)動(dòng)為準(zhǔn)）且與被測(cè)物體有優(yōu)秀的接觸（讀數(shù)在~處較為適合，而后再轉(zhuǎn)動(dòng)表殼校零）；4）被測(cè)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(jiǎn)圖，如圖5-2所示。圖5-2當(dāng)電源接通時(shí)，面板上數(shù)字顯示為FdHc，表示儀器的企業(yè)符號(hào)，而后馬上自動(dòng)轉(zhuǎn)向AXX.X表示當(dāng)時(shí)傳感器溫度，即t1。再自動(dòng)轉(zhuǎn)為b.（表示等候設(shè)定溫度）。按升溫鍵，數(shù)字即由零漸漸增大至實(shí)驗(yàn)者所選的設(shè)定值，最高可選80℃.假如數(shù)字顯示值高于實(shí)驗(yàn)者所設(shè)定的溫度值，可按降溫鍵，直至達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)數(shù)字達(dá)到設(shè)定值時(shí)，即可按確立鍵，開始對(duì)樣品加熱，同時(shí)指示燈會(huì)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(dāng)時(shí)的溫度值和先前設(shè)定值。實(shí)驗(yàn)者假如需要改變?cè)O(shè)定值可按復(fù)位鍵，從頭設(shè)置。四、實(shí)驗(yàn)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(cè)出金屬桿的長(zhǎng)度L1(本實(shí)驗(yàn)使用的金屬桿的長(zhǎng)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(shí)千分表的讀數(shù)n1。接通恒溫控制儀的電源，先設(shè)定需要加熱的值為30℃，按確立鍵開始加熱，在達(dá)到設(shè)定溫度后降溫至室溫，降溫時(shí)也應(yīng)讀數(shù)。凝視恒溫控制儀，每隔3℃讀一次讀數(shù)，同時(shí)讀出千分表的示數(shù)，將相應(yīng)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(shí)刻上漲的溫度是t2-t1，t3-t1，，tn-t1，相應(yīng)的伸長(zhǎng)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(biāo)、以tn-t1為橫坐標(biāo)的實(shí)驗(yàn)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(jì)算出。由于長(zhǎng)度的丈量是連續(xù)進(jìn)行的，故用逐差法對(duì)n進(jìn)行辦理。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tn／℃Nn／mm六、數(shù)據(jù)辦理圖像法依據(jù)實(shí)驗(yàn)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(cè)得的結(jié)果幾乎一致，而逐差法中ur3.16104，數(shù)目級(jí)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(shí)的讀數(shù)偏差。2.儀器自己存在的偏差。八、注意事項(xiàng)在丈量過程中，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)保持穩(wěn)固，不可以碰撞。讀取tn，nn數(shù)據(jù)時(shí)