热膨胀系数实验报告.docx

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热膨胀系数实验报告

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热膨胀系数实验报告

　　篇一：

热膨胀系数测定实验报告数据处理

　　由，得α（50-200c）o其中n1=0.00224，L=72mm；解得：

α（50-200c）

　　33.33xo/c

　　oo相变起始温度T0=283c，

　　o相变终止温度T1=295c。

　　篇二：

物理金属线膨胀系数测量实验报告

　　实验（七）项目名称：

金属线膨胀系数测量实验

　　一、实验目的

　　1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。

2、学会使用千分表。

　　二、实验原理

　　材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。

线胀系数是选用材料的一项重要指标。

特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。

　　固体受热后其长度的增加称为线膨胀。

经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?

L与其温度的增加量?

t近似成正比，与原长L亦成正比，即：

　　?

L?

?

?

L?

?

t

（1）式中的比例系数?

称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。

大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。

殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。

　　实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。

某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。

另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。

因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。

但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。

　　为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。

由

（1）式可知，测量出时杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量?

L和受热前后的温度升高量?

t（?

t?

t2?

t1），则该材料在（t1,t2）温度区域的线胀系数为：

?

?

　　?

L

（2）

　　（L?

?

t）

　　其物理意义是固体材料在（t1,t2）温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为（c）。

　　测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量?

L。

我们先粗估算一下?

L的大小，若

　　L?

250mm,温度变化t2?

t1?

100c，金属的?

数量级为?

10?

5（0c）?

1，则估算出

　　?

　　1

　　?

L?

?

?

L?

?

t?

0.25mm。

对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。

可采用千分表（分度值为0.001mm）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法。

本实验用千分表（分度值为0.001mm）测微小的线胀量。

　　三、实验主要仪器设备和材料

　　四、实验内容和步骤

　　1．把样品空心铜棒、铝棒安装在测试架上。

在室温下用米尺重复测量金属杆的原有长度2~3次，记录到表1中，求出L原有长度的平均值。

　　2．安装好实验装置，连接好加热皮管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察

　　水位情况。

水箱容积大约为750ml。

　　3.加水步骤:

先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口塑料盖，用漏斗从加水口往统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口塑料盖。

接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。

因此，在虚假水位显示已满的情况下，采用反复启动强制冷却按钮,利用循环水泵的间断工作把管路中的空气排除,即启动强制冷却按钮→自动停机→再加水的反复过程，直到最终系统的水位计稳定显示，水位计只剩上方一个红灯未转变为绿灯，此时必须停止加水，以防水从系统溢出，流淌到实验桌上。

接下来即可进行正常实验，实验过程中发现水位下降，应该适时补充。

　　4．设置好温度控制器加热温度，一般加热温度设定值应该比金属管所需要的实验温度值高1~50c，具体可根据温度的高低，决定温度提高量。

　　5．将铝管对应的测温传感器信号输出插座与测试仪的介质温度传感器插座相连接。

将千分尺装在被测介质铝管的自由伸缩端固定位置上，使千分表测试端与被测介质接触，

　　6．正常测量时，可以把不测量的测件的水龙头关闭，可节约能源，缩短加热时间。

实验时，按下加热按钮（高速或低速均可，但低速档由于功率小，一般最多只能加热到500c左右）　　

，观察水温和被测金属管温度的变化，直至金属管温度等于所需温度值（350c）。

7．测量并记录数据：

　　当被测介质温度为35c时，读出千分表数值L35，记入表2中。

接着在温度为

　　400c,450c,500c,550

　　c,600c,650c,700c

　　时，记录对应的千分表读数

　　L40,L45,L50,L55,L60,L65,L70

　　700c）温度区间的线膨胀系数。

　　00

　　8．用逐差法求出温度每升高5c金属棒的平均伸长量，由

（2）式即可求出金属棒在（35c，

　　五、实验数据处理与分析

　　2．数据记录2：

　　?

L计算?

铝==2.0?

10?

5（0c）?

1（L?

?

t）

　　4．附几种纯金属材料的线膨胀系数：

　　物质名称温度范围（c）线膨胀系数?

10?

6（0c）?

1

　　纯铝0~10023.8纯铜0~10017.1

　　由于材料提炼和加工的难度，例如纯铝几乎无法进行机械加工，所以一般使用的材料多非纯金属，所以以上参数并非标准数据。

而实际使用的金属材料的线膨胀系数比纯金属要小

　　10%~15%，铜合金约为1.4?

10?

5（0c）?

1，铝合金约为2.0?

10?

5（0c）?

1，供参考。

　　六、问题与讨论

　　1.该实验的误差来源主要有哪些？

答：

一、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也越大。

二、测量仪器的不精密。

三、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，做图。

　　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量头下,更不准用工件撞击测头,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,以免油污讲入表内；正确测量，正确读数，多次测量，建立误差补偿来消除误差。

　　4．千分表的读书应保留多少位有效数据？

　　答：

实际测量值等于小表盘读数加答表盘读数，应读到最小刻度0.001mm的下一位，若以毫米为单位，有效数据应读到小数点的后四位。

　　篇三：

固体热膨胀系数测量_实验报告

　　大学物理仿真实验

　　年月日

　　实验项目名称：

固体热膨胀系数测量

　　一、实验目的

　　1.掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。

2.掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。

3.测量铜棒的线热膨胀系数。

　　4.学会用图解图示法处理实验数据。

　　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，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，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L,由初温t1加热至末温t2，物体伸长了△L,则有

　　上式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。

比例系数al称为固体的线胀系数。

　　体膨胀是材料在受热时体积的增加，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av表示。

即

　　一般情况下，固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍，即av=3al，利用已知

　　的av和△T，我们可测出液体的体胀系数av。

2．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，其次是金属。

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。

　　几种材料的线热膨张系数

　　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）时，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。

　　在式

（1）中，△L是一个微小的变化量，以金属为例，若原长L=300mm，温度变化t1-t2=100℃，金属的线胀系数al约为10℃，估计△L=0.30mm。

这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、

　　-5

　　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b1，b2，这时有

　　将式（3）代入式

（2），则有

　　放大公式的推导参看第一册实验

　　5.3.1

　　三、实验仪器

　　计算机，>教学软件四、实验内容及步骤

　　1．线胀系数的测定

（1）仪器调节：

实验装置图如图1.2.1-2所示。

实验时，将待测金属棒直立

　　在线胀系数测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。

在光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。

调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。

（2）读出叉丝横线在直尺上的读数b1，记录初温t1，

　　蒸气进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值b2，并记下t2。

　　（3）如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间

　　隔10℃计一次t和b的值，直到t达100℃。

然后逐渐降温，重复测以上数据。

　　（4）测量直尺到平面镜间

　　距离D，将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕，用游标卡

　　尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离。

　　（5）以t为横坐标,b为纵坐标作出b-t关系曲线,求直线斜率k,并由此计算（6）用最小二乘法求直线斜率k,并计算al的标准误差。