固体线膨系数测定

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1、大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量院系名称：土木建筑学院专业班级：姓名：学号：固体线膨胀系数的测量一、实验目的1.了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。2.学习用光杠杆法测量微小长度变化。3.学习测量金属棒的线膨胀系数。二、实验原理1.材料的热膨胀系数各种材料热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量-一线胀系数和体胀系数。线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，I古I休受热后，其长度都会增加，设物体原长为l,rti初温八加热至末温-，物体伸长了AL,则有AZ=(1)上式表明，物体受热后其伸长量与温度的增

2、加量成正比，和原长也成正比。比例系数a/称为固体的线胀系数。体膨胀是材料在受热吋体积的增加，即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，用a,,表示。即1LV一般情况下，固体的体胀系数.为其线胀系数的3倍，即av=3az,利用已知的ar我们可测出液体的体胀系数a1.线胀系数的测量线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金屈。殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。表I.2.1-I

3、几种材料的线胀系釵村W熔乳石英铃/V710-5IO-5iIU-510°I10•<2x

4、0~6107人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）吋，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。在

5、式（1）屮，是一尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量光杠杆系统是由平面镜及底座,望远个微小的变化量，以金属为例,若原长L=300mm,温度变化tl-t2=100°C金属的线胀系数©约为10-5°C,估计△厶=0.30加加。这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如图1.2.1-1所示。当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数乞，b”,这时有放大公式的推导参看第一册实验5.3.1图1.2.1-1光杠杆原理图2D将式〔3）代入式〔2）,则有a尸（D-

6、（1）三、实验仪器热膨胀系数测定仪，尺读望远镜，固体线胀系数测定仪，光杠杆、温度计，电源开关、调节温度、指示灯，尺读望远镜，标尺、调焦望远镜,视度圈、调焦手轮，光杠杆，.四、实验内容及步骤1、调节光杠杆的平面镜，使平面镜与标尺平行。2、调节望远镜的视野分别调节望远镜的底朋、目镜、调焦以及固定装置，使望远镜视野符合要求。望远镜视野返回3、控制加热电源、电压，调节电源开关和加热电压。4、观察温度计指数的变化和光杠杆指数的变化，记录变化数据。5、测量光杠杆的臂长和平面镜到标尺的距离。6、处理数据，计算铜丝热膨胀系数。五、实验数据记录与处理1•记录温度，如下表温度/At1020304

7、05060708090An00.350.721.11.51.882.252.63记录L=50.7cm2.记录光杠杆的长度光杠杆的臂长：6.20cm平而镜到标尺的距离：188.50cmbAz?x——=2DLAz0.0622xl.885xO.5O7x0.038=0.00012°C'1六、思考题1.对于一•种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？答：不是，同一种材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的。2.你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗?答：顶杆法，采川机械测量原理，即将试样的一端固定在支持器的端头上，另一端与顶杆接触,试样、支持器和顶杆同时加热，试样与

8、这些部件的热膨胀差值被顶杆传递出來，并被测量。1.引起Q测量误差的主要因素是什么？答：温度不恒定，读数误差