金属线膨胀系数的测量及其相关问题的探究

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1、金属线膨胀系数的测定及其相关问题的探究黄泽平乔峰尹小红(吉首大学物理科学与信息工程学院湖南吉首416000)扌商要：金屈有遇热膨胀的本质屈性，测量材料的线膨胀系数，对新材料的研制和选用具有重要意义。在本试验中，以铜棒为例，根据相应的实验原理，用光杠杆光学放大法、千分尺螺旋放大法两种方法，设计合理的实验步骤，分别对铜棒的线膨胀系数进行了测量；对实验中所得数据进行了仔细的处理；对照铜的线膨胀系数的理论值进行了误差分析；并对实验过程中所遇到的问题进行了分析、探究。并对两种方法进行了比较。关键i司：线膨胀系数；加热；光杠杆；千分尺Thede

2、terminationandthecoefficientoflinearexpansionofmetalofrelatedproblemsHuangZepingQiaoFengYinXiaohong(CollegeofPhysicsScienceandInformationEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan416000)Abstract：Metalhaveahottoexpandtheessenceoftheproperty,theexpansionofthelineofnewmate

3、rialdevelopmentanduseofgreatsignificance.Inthisexperiment,acopperbar,forexample,accordingtotheprinciplesofopticsandtheleverusedtoenlarge,micrometertheenlargementofthelawofthetwomethods,Designreasonablesteps,theexpansionofcopperwirecoefficients;measuredaboutthedataofthe

4、mostcarefulattention；Contrasttotheexpansionofcopperwireoftheerroranalysis;Andabouttheprocessofthequestionwasanalysedandexplore,thetwomethodswerecompared.Keywords：coefficientoflinearexpansion;heating;opticallever;micrometer1.引言物质在一定的温度和压力下具有一定的体积。温度变化时，物质的体积亦相应地变化。物质的体积

5、随温度升高而增人的现象称为热膨胀。物质的热膨胀是由于构成物质的原子间的平均距离随温度升高而增人造成的。物质的热膨胀性质与物质的结构、键型、键力、比热容、熔点等密切相关。因此，不同的物质或者组成相同结构不同的物质，具有不同的热膨胀性质，常用体积膨胀系数这一物理量来表征物质的不同热膨胀性质。固体材料在一维方向上的热膨胀伸长称为线膨胀系数，我们可以借用线膨胀系数来描述不同物质的热膨胀特性。物体的热膨胀性质反映了材料本身的屈性，测量材料的线膨胀系数，不仅对新材料的研制具有重要意义，而且也是选用材料的重要指标之一。在工程结构设计（如桥梁、铁路

6、轨道、电缆工程等）、机械和仪表的制造、材料的加工和焊接等过程中都必须考虑材料的热膨胀特性。材料的热膨胀特性也有许多有利方面的应用，如液体温度计、喷墨打印机等等。在测量材料线膨胀系数的常用方法中，关键是测量材料受热膨胀后的微小长度仲长量。这一微小长度变化量用一般的长度测量仪器很难测准，一般需要采用放大测量方法、借助测微装置或仪器来测量，如光杠杆光学放大法、千分尺螺旋放大法、光学干涉法等。本实验采用光杠杆光学放大法跟千分尺螺旋放大法分别对铜的线膨胀系数进行测量。2.光杠杆光学放大法2.1实验仪器线胀系数测定仪（附加热设备）、光杠镜和望远

7、镜尺组、游标卡尺、铜杆、钢卷尺、温度计（0^200°C）o2.2实验原理2.2.1材料的线膨胀系数的定义线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为厶，由初温人。C加热到末温°°C,物体伸长了△厶，则有LAL=aL（t2_片）（1）(2)上式表明，物体受热后生长量与温度的增长量成正比，和原长也成正比。比例系数a称为固体的线膨胀系数。2.2.2材料线膨胀系数的测量人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区段，其线膨胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发牛变化的温度附近，会出

8、现线膨胀量的突变。但在温度变化不大的范围内，线膨胀系数仍然是一个常量。因此，线膨胀系数的测定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）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。在式（1）中，△厶是