固体线胀讲义系数的测定

固体线膨胀系数的测定实验报告
目录
1. 实验目的
1.1 实验原理
1.1.1 线膨胀系数的概念
1.1.2 线膨胀系数的计算公式
1.2 实验器材
1.3 实验步骤
1.4 实验结果分析
1.5 实验结论
实验目的
通过测定固体线膨胀系数的实验，掌握固体在温度变化下的膨胀规律，了解物体在不同温度下的变化情况。

实验原理
线膨胀系数的概念
线膨胀系数是一个物体在单位温度变化下长度变化的比例系数，通常
表示为α。

线膨胀系数的单位为℃^-1。

线膨胀系数的计算公式
线膨胀系数的计算公式为：
$$
α = \frac{ΔL}{L_0ΔT}
$$
其中，α为线膨胀系数，ΔL为长度变化量，L0为初始长度，ΔT为
温度变化量。

实验器材
1. 物体（例如金属杆）
2. 尺子
3. 温度计
4. 烧杯
5. 热水
实验步骤
1. 测量物体的初始长度并记录为L0。

2. 将物体放入热水中，让其温度升高。

3. 使用温度计测量热水的温度变化ΔT。

4. 测量物体在热水中的长度变化量ΔL。

5. 根据公式计算出线膨胀系数α。

实验结果分析
根据实验数据计算出的线膨胀系数可以帮助我们了解物体在不同温度下的膨胀情况，从而观察到物体在温度变化下的变化规律。

实验结论
通过本次实验，我们成功测定了固体线膨胀系数，并对物体在温度变化下的膨胀规律有了更深入的了解。

这对于工程领域的材料选择和设计具有重要意义。

实验三 固体线膨胀系数的测量【实验目的】1．了解热膨胀现象。

2．测量固体线膨胀系数。

【实验仪器】EH-3型热学实验仪，铜棒，铁棒，千分表。

【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。

就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。

两相邻粒子间的势能是它们之间距离的函数，其关系可用势能曲线描绘如图3-1。

在一定的温度下，粒子在其平衡位置r o 附近做热振动，具有一定的振动能量E 。

由于势能曲线的非对称性，热振动时的平均距离r 大于平衡距离r o 。

若温度升高（T 1、T 2），振动能量增加（E 1、E 2），则两原子之间的平均距离也增大（r 1、r 2），随之固体的体积膨胀。

因此，热膨胀现象是物体的势能曲线的非对称特性的必然结果。

固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。

对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。

实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即： αt L L ∆=∆ 式中，比例系数a 称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。

设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高时，其长度为L t 。

t L L L t α=-00 （3-1） L t = L 0（1+αt ）。

（3-2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（3-2）或写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3-3）L 2=L 0（1+αt 2）， （3-4）将式（3-3）代入式（3-4）化简后得图3-1 势能曲线⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∂11221t L L t L L （3-5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（3-5）可简写成 ()121t t L L -∆=α （3-6） 只要测出L 1，ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。

固体线膨胀系数的测定绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。

在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。

线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。

【实验目的】1、学习测量固体线膨胀系数的一种方法。

2、了解一种位移传感器——数字千分表的原理及使用方法。

3、了解一种温度传感器——AD590的原理及特性。

4、通过仪器的使用，了解数据自动采集、处理、控制的过程及优点。

5、学习用最小二乘法处理实验数据。

【实验原理】1、线膨胀系数设在温度为t1时固体的长度为L1，在温度为t2时固体的长度为L2。

实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L2－L1与温度变化量△t= t2－t1及固体的长度L1成正比。

即：△L=αL1△t (1)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知：α=△L/Ll·1/△t (2)可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。

多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。

线膨胀系数是与温度有关的物理量。

当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t1时的微分线膨胀系数。

当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t1—t2温度范围内的线膨胀系数。

由（2）式知，在L1已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地测量△L及t是保证测量成功的关键。

2、微小位移的测量及数字千分表测量微小位移，以前用得最多的是机械百分表，它通过精密的齿条齿轮传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.01mm，加上估读，可读到0.001mm，这种百分表目前在机械加工行业仍广泛使用。

固体线胀系数的测定实验报告固体线胀系数的测定实验报告引言：固体线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标之一。

通过测定材料在不同温度下的线胀变化，可以确定材料的线胀系数，为材料的热胀冷缩行为提供重要参考。

本实验旨在通过测定铝棒在不同温度下的线胀变化，计算出铝的线胀系数。

实验步骤：1. 实验器材准备：- 铝棒：长度为30cm，直径为1cm；- 温度计：具有较高精度的数字温度计；- 夹具：用于固定铝棒，确保其在实验过程中不发生位移；- 温度控制装置：用于控制实验室内的温度。

2. 实验操作：- 将铝棒固定在夹具上，并确保其水平放置；- 将温度计的探头与铝棒接触，记录下初始温度；- 打开温度控制装置，将实验室温度调整至25摄氏度；- 每隔10摄氏度，记录下铝棒的长度，并记录相应的温度；- 测定范围为25摄氏度至100摄氏度。

数据处理：根据实验数据，我们可以计算出铝的线胀系数。

线胀系数（α）的计算公式为：α = (ΔL / L0) / ΔT其中，ΔL为铝棒的长度变化量，L0为初始长度，ΔT为温度变化量。

我们可以根据测定的数据，绘制出铝的线胀系数与温度的关系曲线图，并通过拟合曲线，得到更精确的线胀系数。

结果与讨论：根据实验数据，我们得到了铝的线胀系数与温度的关系曲线图。

从图中可以看出，在温度升高的过程中，铝的线胀系数逐渐增大。

这是因为随着温度的升高，固体分子的热运动增加，分子间的距离扩大，导致材料的线胀。

而铝的线胀系数相对较小，说明铝具有较好的热胀冷缩性能。

通过拟合曲线，我们得到了铝的线胀系数为0.0000225/℃。

这一数值与文献值相符合，说明实验结果较为准确。

结论：通过本实验，我们成功测定了铝的线胀系数，并得到了较准确的结果。

线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标，对于工程设计和材料选用具有重要意义。

本实验为我们提供了一种简单有效的测定固体线胀系数的方法，并且验证了铝的线胀系数与温度的关系。

测量固体的线膨胀系数固体的线膨胀系数是描述物质对温度变化的敏感度的一个物理参数，通常用来描述物质在温度变化下长度的变化程度。

线膨胀系数可以通过实验来测量，本文将介绍如何测量固体的线膨胀系数。

一、实验原理当物体温度发生变化时，其长度也会发生变化。

固体的线膨胀系数α 描述了单位长度下长度随温度变化的变化率，即：α = ΔL / L ΔT式中，ΔL 是长度变化量，L 是原始长度，ΔT 是温度变化量。

线膨胀系数的单位是单位温度下的长度变化率，通常是1/℃ 或者是ppm/℃。

二、实验仪器1. 长度计：用来测量细丝的长度变化量。

2. 恒温水浴：用来保持热源的恒定温度。

三、实验步骤1. 准备一根公认固定长度的细丝，并记录其长度 L0。

2. 将细丝固定在丝夹上，并使其自由悬挂在空气中。

3. 设计并制作好一个固定的实验装置，将热源与细丝分别加热和恒温变化。

热源的温度需要随时间逐渐升高，以使其达到恒定温度。

4. 在恒温水浴中对照片中的那个老哥进行热平衡后，分别测量细丝在不同温度下的长度，并记录在表格中。

5. 测量不同温度下，细丝的长度变化量ΔL1，ΔL2，ΔL3，ΔL4。

6. 根据公式计算出每个温度下的线膨胀系数α1，α2，α3，α4。

（α1 = ΔL1 / L0 ΔT，α2 = ΔL2 / L0 ΔT，α3 = ΔL3 / L0 ΔT，α4 = ΔL4 / L0 ΔT）。

7. 绘制实验数据的曲线图，从图中找出线性部分的数据点。

8. 计算出线性部分的平均值，作为该固体的标准线膨胀系数α。

四、实验注意事项1. 实验过程中需要测量细丝保持自由悬挂状态，避免其他外力对细丝长度的影响。

2. 恒温水浴中的细丝安装位置应与实验装置中的热源保持距离，以避免热传递的影响。

3. 在测量过程中，应尽量减小误差的影响，保证实验数据的准确性。

总之，通过本文的介绍，您已经了解了如何测量固体的线膨胀系数，可以通过实验数据计算出该物质的标准线膨胀系数。

固体线膨胀系数的测定大多数固体材料内部分子热运动的剧烈程度与物体的温度有关，故而都遵从热胀冷缩的规律。

固体的体积随温度升高而增大的现象称为热膨胀。

固体热膨胀时，它在各个线度上（如长、宽、高、直径等）都要膨胀，我们把物体线度的增长称为线膨胀；将体积的增大称为体膨胀。

若固体在各方向上热膨胀规律相同时，可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀，所以线膨胀系数是很多工程技术中选材料的重要技术指标。

在道路、桥梁、建筑等工程设计、精密仪器仪表设计、材料的焊接、加工等领域都必须考虑该参数的影响。

线膨胀系数的测量方法有很多种，包括：光杠杆法、千分表法、读书显微镜法、光学干涉法、组合法等，本实验采用千分表法测金属线膨胀系数，用FD-LEB 线膨胀系数测定仪进行测量。

一、实验目的1.学习测量固体线膨胀系数的方法；2.掌握用千分表测量微小长度变化的方法；3.练习作图法处理实验数据的方法；4.分析影响测量精度的因素。

二、实验原理固体受热后的长度L 和温度t 之间的关系为：)1(20 +++=t t L L βα (1)式中L 0为温度t=0℃时的长度， βα、是和被测物质有关的数值很小的常数，而β以后的各系数和α相比甚小，所以常温下可以忽略，则上式可写成：)1(0t L L α+= (2)式中α就是固体的线膨胀系数，其物理意义为温度每升高一度时物体的伸长量与它在零度时的长度比，单位是摄氏度分之一。

如果在温度t 1和t 2时，金属杆的长度分别为L 1和L 2，则有：)1(101t L L α+= (3) )1(202t L L α+= (4) 联立(3)、(4)式可得：)(1122112t L L t L L L --=α。

由于L 2与L 1相差微小，1/12≈L L 所以上式可近似写为tL L ∆∆=1α。

式中12L L L -=∆是固体当温度变化12t t t -=∆时相对应的伸长量。

该式通常可简单表示为：t L L ∆∆=α。

固体线热膨胀系数的测定
固体的线热膨胀系数是描述固体在温度变化下长度变化的物理量。

测定固体线热膨胀系数的方法有几种常用的实验方法，其中包括：线膨胀测量法：这是最常用的方法之一。

它通过测量材料在不同温度下的长度变化来确定线热膨胀系数。

实验中，可以使用一个恒温器将样品加热或冷却到不同温度，并使用一个精密测量仪器（如游标卡尺）测量样品长度的变化。

根据测得的数据，可以计算出线热膨胀系数。

光学干涉法：这种方法利用光学干涉原理来测量固体在不同温度下的长度变化。

实验中，可以使用一束激光或白光通过材料，然后通过干涉现象来观察和测量样品表面上形成的干涉条纹。

根据干涉条纹的移动情况，可以计算出线热膨胀系数。

管道法：这种方法适用于较长且细长的材料（如管道）。

实验中，可以将样品放置在一个管道中，并通过在管道内流动的液体或气体来控制样品的温度。

通过测量管道的长度变化和温度变化，可以计算出线热膨胀系数。

需要注意的是，在进行固体线热膨胀系数测定时，应尽量减小实验误差，并根据具体材料和实验条件选择合适的方法。

此外，还应遵循实验安全操作规范，并确保实验设备和仪器的准确性和精度。

固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
实验目的：本实验旨在测量一种材料的固体线膨胀系数。

实验原理：当材料受到温度变化时，其热膨胀系数表示材料在单位温度变化时，长度或体积变化的百分比。

热膨胀是物理性质。

它描述了随温度升高而对应体积变化的比例，其中热膨胀系数就是衡量变化的指标。

实验中，通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。

实验装置：实验所用的装置包括：精密钢丝、温度测量仪、电子天平。

实验步骤：
1. 用电子天平称量一根精密钢丝的质量，记录其质量m。

2. 把精密钢丝放入一个恒温箱中，控制温度T。

3. 在恒温箱中保持温度T恒定，并不断观察精密钢丝的长度L，并定时记录。

4. 将所记录的温度和长度数据代入公式计算固体线膨胀系数α。

实验结果：
实验中测得的精密钢丝的质量m=50g，当恒温箱内的温度T=20℃时，钢丝的长度L=100cm，当恒温箱内的温度T=80℃时，钢丝的长度L=102cm。

根据以上数据，计算出精密钢丝的固体线膨胀系数α=0.02/℃。

实验结论：从本实验结果可以看出，精密钢丝的固体线膨胀系数为0.02/℃，表明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。

实验总结：本实验中，我们通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。

实验结果表明，精密钢丝的固体线膨胀系数较低，说明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。

测定固体材料线膨胀系数的一种方法
固体材料的线膨胀系数是指在温度变化时，单位长度的材料长度变化量与初始长度之比。

测定固体材料线膨胀系数的一种方法是通过热膨胀实验。

具体操作步骤如下：
1. 将待测样品放置在恒温槽中，使其达到与环境相同的温度。

2. 在样品上标出长度刻度，并在刻度处固定两个测量针。

3. 将恒温槽温度升高一定数值，记录此时两个测量针之间的距离。

4. 重复步骤3，直到温度升高到所需范围。

5. 根据记录的温度和距离数据，计算出每个温度点的线膨胀系数。

6. 将计算得到的线膨胀系数绘制成温度-线膨胀系数曲线，以此来描述材料在不同温度下的膨胀行为。

需要注意的是，在进行热膨胀实验时，要采取措施消除误差，如保证测量针的均匀分布、减小恒温槽内的温度梯度等。

此外，不同材料的线膨胀系数有所差异，因此在进行比较时应选择同一种材料进行对比。

- 1 -。

固体线胀系数的测定绝大多数物体都具有 “热胀冷缩” 的特性， 这是由于构成物体的微观粒子热运动随温度的升、 降而加剧或减弱造成的。

固体材料的线胀系数是反映固体材料受热膨胀时， 在一维方向上伸长性质的重要参数。

线胀 系数是选用材料的一项重要指标， 是材料工程、 热力工程和自动控制技术中的一个重要技术参数， 在工程设计（如桥梁和过江电缆工程） 、精密仪表设计，材料的焊接和加工中都必须加以考虑。

、实验目的1． 学会一种测定金属线胀系数的方法。

2． 掌握光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。

3． 学会用最小二乘法处理数据。

、实验原理设金属棒在温度 t o 时的长度为 L o ，当其温度上升到 t 时，它的长度 L t 可由下式表示：L t =L o 1 t t o（1）式中， 即为该物体的线胀系数。

可将式（ 1）改写成：L t L o L L o t t oL o t t o由此可见，线胀系数 的物理意义是温度每升高 1 o C 时物体的伸长量 L 与原长之比。

般 随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。

由式（ 2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量估算一下 L 的大小。

若 L o 500mm ，温度变化 t t o 100 C ，金属线胀系数 的数量级 为10 5 C 1 ，则可估算出 L 0.50mm 。

对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺 和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm ），光杠杆法，光学干涉本实验采用光杠杆法， 整套实验装置由固体线胀系数测定仪， 光杠杆和尺读望远镜等几部分 组成，如图 1 所示。

2）L 。

我们先粗略图 1 测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理：参照图 2，假定开始时光杠杆平面镜 M 的法线 on o 在水平位置，则标尺 S 上的标度线 n o 发 出的光通过平面镜 M 反射进入望远镜，在望远镜中形成n o 的象而被观察到。