金属线胀系数的测定_精品文档.docx
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《金属线胀系数的测定》实验报告
【实验目的】
1.学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。
2.学会用电热法测量金属杆的线胀系数。
3.学会用逐差法处理数据。
【实验原理】
一般固体的体积或长度,随温度的升高而膨胀,这就是固体的热膨胀绝大多数固体材料,其长度是随温度的升高而增加的,这一现象称为线膨胀。
设物体的温度改变Δt时其长度改变量是ΔL,如果Δt足够小,则Δt与ΔL成正比,并且也与物体原长成正比,因此有
ΔL=αLΔt
上式中比例系数α称为固体的线膨胀系数,其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。
设在我的为0℃时,固体的长度为L0,当温度升高为t时,其长度为Lt,则有(Lt-L0)/L0=αt
即α=
【仪器介绍】
一、加热箱的结构和使用要求
1.结构如图5-1所示。
2.使用要求
(1)被测物体约为8mm×400mm;
(2)整体要求平稳,因伸长量极小,故仪器不应有震动;
(3)千分表安装需适当固定(以表头无转动为准)且与被测物体有良好的接触(为了保证接触良好,一般可使千分表初读数为0.2mm左右(即使千分表副指针读数在0.2mm数值附近),把该数值作为初读数对待,不必调零。
)
(4)被测物体与千分表探头需保持在同一直线。
二、恒温控制仪使用说明
面板操作简图如图5-2所示
1.当电源接通时面板上数字显示为FdHc,然后即刻自动转向Axx.x表示当时传感器温度,即t1.再自动转为b==.=表示等待设定温度.
2.按升温键,数字即由零逐渐增大至所需的设定温度,最高可选80℃。
3.如果数字显示值高于所需要的温度,可按降温键,直至所需要的设定值。
4.当数字设定值达到所需的值时,即可按确定键,开始对样品加热,同时指示灯会闪亮,发光频率与加热速率成正比。
5.确定键的另一用途可做选择键,可以选择观察当时的温度值和先前设定值。
6.如果需要改变设定值可按复位键,重新设置。
【实验步骤】
1.接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。
2.测出金属杆的长度L1(本实验使用的金属杆的长度为400mm),使其一端与隔热顶尖紧密接触。
3.调节千分表带绝热头的测量杆,使其刚好与金属杆的自由端接触,记下此时千分表的读数n1。
4.接通恒温控制仪的电源,设定需要加热的值为30℃,40℃,50℃,60℃。
按确定键开始加热,注视恒温控制仪,每隔5℃读一次读数,同时读出千分表的示数,将相应的读数t2,t3,…,tn,n2,n3,…,nn记在表格里。
5.金属杆各时刻上升的温度是t2-t1,t3-t1,…,tn-t1,相应的伸长量是n2-n1,n3-n1,…,nn-n1,则前面式②可表示为
即
因为长度的测量是连续进行的,故用逐差法对△n进行处理。
6.换不同的金属棒样品,分别测量并计算各自的线膨胀系数,与理论参考值比较,考察误差情况。
【实验数据】
【注意事项】
1.在测量过程中,整个系统应保持稳定,不能碰撞。
2.读取tn,nn数据时,特别是nn要迅速。
【思考讨论】
1.该实验的误差来源主要有哪些?
答:
温度的影响,每一种材料都有它的温度膨胀系数,温差越大,对它的影响越大。
测量仪器的不精密。
金属线本身重量对金属产生拉伸作用。
2.如何利用逐差法来处理数据?
答:
用不同温度多次测量记录,分组计算差值并求平均值。
3.利用千分表读数时,应注意哪些问题?
如何消除误差?
答:
①测量前必须把千分表固定在可靠的表架上,并要夹牢,要多次提拉千分表的测杆放下测杆与工件接触,观察其重复指示值是否相同。
②为了保证测量精度,千分表测杆必须与被测工件表面垂直,否则会产生误差。
③测量时可用手轻轻提起测杆的上端后把工件移至测头下,不准把工件强行推入测头下,更不准用中间撞击测头,以免影响测量精度和撞坏千分表,为了保持一定的起始测量力,测头与工件接触时,测杆应有0.3-0.5mm的压缩量。
④为了保证千分表的灵敏度,测量杆上不要加油,以免油污进入表内。
4.如果因故实验须要重做,然而接近室温时,温度下降的非常缓慢,有无必要用冷水,把仪器冷却至室温后再做?
答:
无必要,重新加温读数即可。
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