热膨胀系数
【热膨胀】物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。在相同条件下，气体膨胀最大，液体膨胀次之，固体膨胀最小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。因为物体温度升高时，分子运动的平均动能增大，分子间的距离也增大，物体的体积随之而扩大；温度降低，物体冷却时分子的平均动能变小，使分子间距离缩短，于是物体的体积就要缩小。又由于固体、液体和气体分子运动的平均动能大小不同，因而从热膨胀的宏观现象来看亦有显著的区别。
【膨胀系数】为表征物体受热时，其长度、面积、体积变化的程度，而引入的物理量。它是线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数的总称。
【固体热膨胀】固体热膨胀现象，从微观的观点来分析，它是由于固体中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。晶体中两相邻粒子间的势能是它们中心距离的函数，根据这种函数关系所描绘的曲线，如图2-6所示，称为势能曲线。它是一条非对称曲线。在一定温度下，粒子在平衡位置附近振动、具有的动能为EK，总能量为EK与相互作用能EP之和，它在整个运动过程中是守恒的。图中，粒子间最接近的距离是r′，最远的距离是r〃。由于距离减小所引起的斥力增长比由于距离增大所引起的引力下降快的多，因而粒子间接近的距离与粒子间远离的距离关系是r0r′＜r〃-r0所以两相邻粒子中心的平均距离为变的情形。由此可见，当晶体温度升高，粒子热振动加剧，体积膨胀。
【固体的线膨胀】由于固体随温度的变化而变化，当温度变化不太大时，在某一方向长度的改变量称为“固体的线膨胀”。例如，一细金属棒受热而伸长。固体的任何线度，例如，长度、宽度、厚度或直径等，凡受温度影响而变化的，都称之为“线膨胀”。
【线膨胀系数】亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在0℃时长度之比，叫做“线膨胀系数”。单位为1/开。符号为αl。其定义式是即有lt=l0（l+αlt）。由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度l时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可忽略这种变化，而将α当作与温度无关的常数。
【固体的面膨胀】当固体的温度变化不大时，其表面积随温度的升高而增大，这一现象叫“固体的面膨胀”。遵循的规律为：St=S0（1+αst）式中αs为面膨胀系数，单位是1/开，其量值为αs≈2ατ。
【固体的体膨胀】当固体的温度变化不大时，其体积随温度的升高而增大，这一现象叫“固体的体膨胀”。
【体积膨胀系数】或称“体胀系数”。无论物质是哪种（固体、液体或气体）形态的变化，都称之为体膨胀。当物体温度改变1摄氏度时，其体积的变化和它在0℃时体积之比，叫做“体积膨胀系数”。符号用α表示。设在0℃时物质的体积为V0，在t℃时的体积为Vt，则体胀系数的定义式为即有Vt=V0（1+αt）。由于固体或液体的膨胀系数很小，为计算方便起见，在温度不甚高时，可直接用下式计算，无需再求0℃时的体积V0V2=V1[1+α（t2-t1）]。式中V1是在t1℃时的体积，V2是在t2℃时的体积。这一式只适用于固体或液体，因为气体物质的膨胀系数值较大，不能运用此式。
【液体热膨胀】液体是流体，因而只有一定的体积，而没有一定的形状。它的体膨胀遵循Vt=V0（1+βt）的规律，β是液体的体膨胀系数。其膨胀系数，一般情况是比固体大得多。
【气体的热膨胀】气体热膨胀的规律较复杂，当一定质量气体的体积，受温度影响上升变化时，它的压强也可能发生变化。若保持压强不变，则一定质量的气体，必然遵循着Vt=V0（1+γt）的规律，式中的γ是气体的体膨胀系数。盖·吕萨克定律，反映了气体体积随温度变化的规律。这一定律也可表述为：一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度每升高（或降低）1℃，增加（或减小）的体积等于它在0℃时体积。
【反常膨胀】一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情况相反。实验证明，对0℃的
水加热到4℃时，其体积不但不增大，反而缩小。当水的温度高于4℃时，它的体积才会随着温度的升高而膨胀。因此，水在4℃时的体积最小，密度最大。湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温在4℃以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层来。这样，上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置，整个的水温逐渐降低。这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4℃时为止。当水温降到4℃以下时，上层的水反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继续冷却，一直到温度下降到0℃时，上面的冷水层结成了冰为止。以上阶段热的交换主要形式是对流。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递。由于水的导热性能很差。因此湖底的水温仍保持在4℃左右。这种水的反常膨胀特性，保证了水中的动植物，能在寒冷季节内生存下来。这里还应注意到，冰在冷却时与一般物质相同，也是缩小的。受热则膨胀，只有在0℃到4℃的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。
通过上面一名词，还是不能解决一些在机械装配中内孔装配的问题。请各位高手在此贴进行交流。谢谢！
体膨胀系数β=ΔV/(V*ΔT)
线膨胀系数α=ΔL/(L*ΔT)
常用材料的热膨胀系数×10-6
一般金属材料值：（10～20）×10-6
表节流件与管道常用材料的热膨胀系数×106（mm/mm·℃）
t/℃-100~
020~10
20~20
20~30
20~40
20~50
20`60
20~70
20~80
20~90
20~100
15号钢、A3钢
A3F、B3钢10号钢
20号钢
45号钢
1Cr13、2Cr13 Cr17
12Cr1MoV
10CrMo910
Cr6SiMo —
—
—
—
—
—
—
—
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
*采用该列数据时，工作温度下的管道内径或节流件开孔直径，应采用下式计算：D=D20[">∧D(t-25)]；d=d20[">∧d(t-25)]。
**灰口铸铁的20～100℃范围为10～100℃范围。
***采用该列数据时，工作温度下的管道内径或节流件开孔直径，应采用下式计算：D=D20[">∧D(t-0)]；d=d20[">∧d(t-0)]。
金属线膨胀系数的测量 绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 一．实验目的 学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 二．实验仪器 金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪、 游标卡尺、千分表、待测金属杆（铜杆、铁杆） 金属线膨胀系数测量的实验装置如图1所示 内有加热引线和温度传感器引线 图1 YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪面板如图2所示 图2 三．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 = T L ?α （1） 式中的比例系数α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、熔凝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。 几种材料的线胀系数 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。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1T 时杆长L （一般，杆在1T 时的长度L 可以近似等于杆在常温时的长度）、受热后温度达2T 时的伸长量?L 和受热前后的温度1T 及2T ，则该材料在（1T ，2T ）温区的线胀系数为： α = ) (12T T L L -? （2） 其物理意义是固体材料在（1T ，2T ）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为1)(-?C 。 测线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L 。而?L 是很微小的，如当L ≈250mm,温度变化12T T -≈100℃，金属的a 数量级为10 5 -1)(-?C 时，可估算出?L ≈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。本实验中采用千分表测微小的线胀量。 千分表是一种通过齿轮的多极增速作用，把一微小的位移，转换为读数圆盘上指针的读数变化的微小长度测量工具，它的传动原理如图3所示，结构如图4所示， 千分表在使用前，都需要进行调零，调零方法是：在测头无伸缩时，松开“调零固定旋钮”，旋转表壳，使主表盘的零刻度对准主指针，然后固定“调零固定旋钮”。调零好后，毫米指针与主指针都应该对准相应的0刻度。 千分表的读数方法：本实验中使用的千分表，其测量范围是0-1mm 。当测杆伸缩0.1mm 时，主指针转动一周，且毫米指针转动一小格，而表盘被分成了100个小格，所以主指针可以精确到0.1mm 的1/100，即0.001mm ，可以估读到0.0001mm 。即： 千分表读数=毫米表盘读数＋ ?1000 1 主表盘读数 （单位：mm ） （毫米表盘读数不需要估读，主表盘读数需要估读） 例如：图5中千分表读数为：0.2＋ ?1000 1 59.8=0.2598 mm
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=，L=72mm；解得：α（50-200C） /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，则该材料在温度区域的线胀系数为：?? ?L（2） 其物理意义是固体材料在温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为。 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?1，则估算出 ? 1 ?L???L??t?。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）、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）
热膨胀系数的测定 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此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。线膨胀系数是反映物质材料特征的物理量，在工程结构的设计、机械和仪器的制造以及在材料的加工中都应充分考虑，本实验用光杠杆放大法测量长度的微小变化，学会不同测长方法并研究其对测量精度的影响。 一、实验目的 1.测定铜管在一定温度区域内的平均线膨胀系数 2.用光杠杆方法测量微小长度的变化 3.用图解法求在温度为零时的原长及线膨胀系数 二、实验仪器 线膨胀仪、待测金属棒（约50cm，铜质）、卷尺（1mm）、游标卡尺（0.02mm,20.00cm）、温度计（1℃），光杠杆一套。 三、实验原理 1.光杠杆 1.标尺 2.望远镜 3.平面镜 4.光杠杆臂 5.铜管 将光杠杆和镜尺组按实验要求放置好，使望远镜和平面镜的法线在同一水平面上，当铜管长度发生微小变化△L时，小镜便以刀口为轴转动一角度θ，当θ很小时：θ≈tgθ=△L/d （1）
其中d是支脚尖刀刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角。 又 tg2θ≈2θ=△S/D （2） 其中D为镜面到标尺的距离，△S为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。 由（1）、（2）式得到： △L/d=△S/（2D）（3） 即△L =d△S/（2D） 2.线膨胀系数 当固体温度升高时，固体内微粒间距离（它们的平衡位置间的距离）增大，结果发生固体的热膨胀现象，因热膨胀所造成的长度的增加，称为线膨胀。设温度为t0℃时长度为L0的金属杆，当温度升至t℃时，其长度为L，则： L= L0×[1+α(t- t0)] （4） 其中α称为线膨胀系数，其数值因材质的不同而不同，这反映了不同的物质有不同的热性质。严格的说，同一材料的线膨胀系数，因温度不同也有些改变，但改变很小。所以通常用平均线膨胀系数： α=△L/[ L0 (t- t0)] （5） 其中△L是温度从t0升至t时金属杆所增加的长度。线膨胀系数α在数值上等于：当温度升高一度时，金属杆每单位原长的伸长量。 但由于固体的线膨胀系数很小，所以△L不能用通常的米尺或游标尺来测量，在实验中，我们借助光杠杆的方法来测量，由光杠杆原理可知
实验一热膨胀实验 一．实验目的 1.了解材料线膨胀系数测定的意义、方法。 2.了解WTD2智能型热膨胀仪的原理、结构和操作步骤。 3.学会初步掌握测试数据和曲线的分析方法。 二．实验原理 现代化大型工程，如高层建筑、铁路、桥梁、航空航天器件等，都是由多种复杂的材料构成，要经过酷暑寒冬甚至太空中的急剧温度变化，因此必须确切地掌握有关材料的热膨胀系数以及其随温度变化的规律。 利用热膨胀方法对材料进行测定和研究称为“膨胀分析”。它不仅用于膨胀系数的测定，也是研究动态相变过程的有效手段，例如钢中过冷奥氏体的等温转变过程（TTT曲线）和连续冷却转变过程（CCT曲线）的测定，最常用的方法就是膨胀分析。在金属材料研究中，材料的结构转变、再结晶、时效固溶和沉淀析出，往往都伴随着体积的变化，因此可以用膨胀分析法来研究。又如粉末冶金中材料烧结致密度的评定，非晶体材料的软化温度的测定等，也可以用这一方法。 1.线膨胀系数 线膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位长度的线膨胀量,当温度从T1变到T2时,试样的长度相应地从L1变到L2, 则材料在该温度区间的平均线膨胀系数α为: L2－L1 ΔL α＝—————＝———— L1(T2－T1) L1 ΔT 线膨胀系数α单位为: mm·mm-1·℃-1 2. 体膨胀系数 体膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位体积的体积膨胀量，当温度从T1变到T2时,试样的体积相应地从V1变到V2，则材料在该温度区间的平均体膨胀系数β为： V2－V1 ΔV β＝——————＝———— V1 (T2－T1) V1ΔT 由于体膨胀系数测定较为复杂,所以对于热膨胀各向同性的材料，平均
金属线膨胀系数测量实验讲义 (FB 7 1 2型金属线膨胀系数测定仪) 浙江大学物理实验中心杭州精科仪器有限公司 金属线膨胀系数的测量 绝大多数物质都具有“热胀冷缩’’的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工(如焊接)中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 【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。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置，如图1、图2所示 图1金属线膨胀系数测定仪测试架结构示意图
图2 FB7 12型金属线膨胀系数测定仪面板 【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=α· L ·△t (1) 式中的比例系数α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。 几种材料的线胀系数 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，测量初始杆长L 、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量△t 和受热前后的温度升高量△t (△t =t 2－t1)，则该材料在(t1，t2)温度区域的线胀系数为： t L L ?*?= α （2） 其物理意义是固体材料在（t1，t2)温度区域内，温度每升高1℃时材料的相对伸长量，其单位为（℃）－1 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t2一t1≈100℃，金属的α数量级为×10－5（℃）－1，估算△L=α· L ·△t ≈0.25mm 。
常用金属或合金的线胀系数 金属或合金温度T/℃线胀系数α /10E-6/℃ 金属或合金温度T/℃ 线胀系数α /10E-6/℃ 铝及铝合金 碳钢20-10010.6-12.2 106020-10020-30020-20011.3-13.0 110020-10020-40020-30012.1-13.5 201120-10020-60020-40012.9-13.9 201420-1002320-60013.5-14.3 202420-10022.820-70014.7-15.0 221820-10022.3 铬钢20-10011.2 300320-10023.220-20011.8 403220-10019.420-30012.4 500520-10023.820-40013 505020-10023.820-60013.6 505220-10023.8 铸铁20-1008.7-11.1 505620-10024.120-2008.5-11.6 508320-10023.420-30010.1-12.2 508620-10023.920-40011.5-12.7 515420-10023.920-60012.9-13.2 545620-10023.920-100017.6 606120-10023.4 1020-10011.53 606320-10023.420-20012.61 610120-1002320-30013 707520-10023.220-40013铜及铜合金20-50014.18纯铜2016.520-60014.6 磷脱氧铜20-30017.7 1520-10011.75 无氧铜20-30017.720-20012.41普通黄铜20-30020.320-30013.45低铅黄铜20-30020.220-40013.6中铅黄铜20-30020.320-50013.85高铅黄铜20-30020.320-60013.9 超高铅黄铜20-30020.5 2020-10011.16 铝青铜20-30016.420-20012.12铍青铜20-30017.8
实验十五材料线膨胀系数的测定——示差法概述 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要 物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。 在实际应用中，当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数显得尤为重要，如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工，都要求二种材料具备相近的膨胀系数。在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数；如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。因此，测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。 目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法(或称“石英膨胀计法”)、双线法、光干涉法、重量温度计法等。在所有这些方法中，以示差法具有广泛的实用意义。国内外示差法所采用的测试仪器很多，有分立式膨胀仪(如weiss立式膨胀仪)和卧式膨胀仪(如HTV型、UBD型、RPZ―1型晶体管式自动热膨胀仪)两种。有工厂的定型产品，也有自制的石英膨胀计。些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。本实验采用示差法。 一、实验目的 1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义； 2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，以及测试要点； 3．利用材料的热膨胀曲线，确定玻璃材料的特征温度。 二、实验原理 一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为厘米╱厘米·度。 假设物体原来的长度为L ，温度升高后长度的增加量为?L，它们之间存在如下关系： ?L╱L ＝α1?t （1） 式中，α1称为线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长。 当物体的温度从T 1上升到T 2 时，其体积也从V 1 变化为V 2 ，则该物体在T 1 至T 2 的温度范围 内，温度每上升一个单位，单位体积物体的平均增长量为
材料热膨胀系数的测定 1. 实验目的 1.1 掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法。 1.2 掌握热膨胀系数的概念以及测定方法。 2. 基本原理 物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法（或称“石英膨胀计法”）、双线法、光于涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中，以示差法具有广泛的实用意义。 当物体的温度从T 1上升到T 2时，其体积也从V 1变化为V 2，则该物体在T 1一T 2的温度范围内，温度每上升一个单位。单位体积物体的平均增长量为平均体膨胀系数。从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。因此，在讨论材料的热膨胀系数时，常常采用线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm ·cm ·℃-1 。 将试样装在装样管内用顶杆压住试样，顶杆与位移传感器接触，在加热炉中，通过精密温度控制仪按规定的升温速率加热试样到试验最终温度，并经位移传感器测量加热过程中试样的线膨胀情况．按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀系数： 0 0001);(t t L L L t t --?=α 式中：0t —— 初始温度，℃； t —— 实际（恒定或变化）的试样温度，℃； 0L ——受测玻璃试样，在温度为0t 时的长度，mm ； L ——温度为t 时的试样长度，mm 。 若标称初始温度0t 为20℃；因此平均线性热膨胀系数就应表示为);C 20(t ?α。膨胀系数实际上并不是一个恒定的值，而是随温度变化的，所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围。 3. 仪器与试剂 热机分析仪 XYW-500B
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。 物理实验中常用光杠杆法测微小位移，它通过光学系统将微小位移量放大再加以观测。
固体热膨胀系数的测量 实验报告 Revised as of 23 November 2020
固体热膨胀系数的测量 班级： 姓名： 学号： 实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 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 ()12t t L L -=?α （1） （2） 此式表明，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。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L 是个极小的量，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、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。光杠杆放大原理如下图所示： () 12t t L L -?= α
当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b ?=-212()D l b b L 212-= ?()()k DL l t t DL b b l 221212=--= α
线胀系数实验讲义
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
固体线膨涨系数的测定及温度的PID调节 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。利用本实验提供的固体线膨胀系数测量仪和温控仪，能对固体的线膨胀系数予以准确测量。 在科研，生产及日常生活的许多领域，常常需要对温度进行调节、控制。温度调节的方法有多种，PID调节是对温度控制精度要求高时常用的一种方法。物理实验中经常需要测量物理量随温度的变化关系，本实验提供的温控仪针对学生实验的特点，让学生自行设定调节参数，并能实时观察到对于特定的参数，温度及功率随时间的变化关系及控制精度。加深学生对PID调节过程的理解，让等待温度平衡的过程变得生动有趣。 [实验目的] 1、测量金属的线膨胀系数。 2、学习PID调节的原理并通过实验了解参数设置对PID调节过程的影响。 [实验仪器] 金属线膨胀实验仪，ZKY-PID温控实验仪，千分表 [实验原理] 1．线膨胀系数 设在温度为t0时固体的长度为L0，在温度为t1时固体的长度为L1。实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L1－L0与温度变化量△t= t1－t0及固体的长度L0成正比，即： △L=αL0△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/L0?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t0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t0—t1温度范围内的线膨胀系数。 由（2）式知，在L0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，因此准确地控制t、测量t及△L是保证测量成功的关键。
化学镀镍 一、化学镀的定义及相应工作条件： 1、定义： 化学镀：是利用合适的还原剂使溶液中的金属离子有选择地在经催化剂活化的表面上还原析出金属镀层的一种处理方法。 电镀：当具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作为阴极时，在外电流的作用下在其表面形成与基体牢固结合的镀覆层。（适应基体为钢铁、铜制件等） 阳极氧化：当具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作为阳极时，在外电流的作用下在其表面形成与基体牢固结合的氧化膜。（适应基体为铝制件） 2、化学镀溶液的组成及相应工作条件： a、只限在具有催化作用的制件表面进行，且溶液自身不应自发地发生氧化还原作用（否则镀液会自然分解，造成溶液失调）。 b、要求被镀的金属本身是催化剂，则化学镀的过程就具有自动催化作用，使反应不间断进行并使镀层增加（不具自动催化表面的制件，需经特殊的预处理，使其表面活化而具催化作用。如：塑料、玻璃等）。 还原剂的种类：次磷酸盐、甲醛、硼氢化物、二甲基胺硼烷、肼等。 具自动催化作用的金属：镍、钴、钯、铑等。 二、化学镀特点： 1、无需外加电源。 2、化学镀镍层致密、孔隙少、化学稳定性高。 3、能获得均匀的镀层，深度能力好（如孔、槽）。 4、能在金属、非金属、半导体等各种基材表面施镀。 5、硬度高、可焊性好。 6、溶液的稳定性差，管理困难，溶液的再生能力差，成本浪费高。 三、Ni-P合金镀层的组成和特性： 1、Ni-P合金镀层的组成： Ni-P合金镀层是利用硫酸镍做主原（Ni具催化作用），次磷酸盐做还原剂获得的。其含磷量约1~12%（1~4%属低磷；5~8%属中磷；9~12%属高磷）。 如果采用硼氢化物或胺基硼烷作还原剂得到的镀层含硼0.2~5%的镍硼合金；采用肼作还原剂得到镀层为纯镀层，含Ni量可99.5%以上。 镀层的含磷量主要取决于PH值，随着PH值降低，磷含量增大。常规的酸性化学镀镍层含磷量约为7~12%（目前市场上一般采用酸性化学镀），碱性化学镀镍层含磷量为4~7% 2、Ni-P合金镀层的特性： a、硬度： 化学镀镍层比电镀镍层硬度高、耐磨性好。电镀Ni硬度一般为HV160~180，而化学镍层一般可达到HV300~500。化学镍镀层属非金型的无定型结构，热处理后（BK处理）则转变为金型组织，大大提高化学镀层的硬度，可达HV900~1100。热处理温度一般380~400℃，保温1小时（为防止镀层氧化变色应采用保护气氛或真空热处理）。 b、磁性能： 化学镀层的磁性能决定于含磷量的高低和热处理温度，含磷量超过8%为弱磁性，含磷量达11.4%以上完全没有磁性。含磷量低于8%时才具有磁性。但它的磁性比电镀镍层要小，经热处理后磁性会有显著提高。 c、电阻率： 化学镀镍层的电阻率与含磷量有关，一般含磷量越高电阻率约大。酸性化学镀其镀镍层约为51~58 u??cm，碱性为28~34 u??cm。经热处理化学镀镍层电阻率可明显下降，如：含磷量为7%的化学镀镍层经600?C热处理后电阻率可从72将至20 u??cm。
物理竞赛讲义——热学
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ?
第七部分 热学 热学知识在奥赛中的要求不以深度见长,但知识点却非常地多（考纲中罗列的知识点几乎和整个力学——前五部分——的知识点数目相等)。而且，由于高考要求对热学的要求逐年降低（本届尤其低得“离谱”,连理想气体状态方程都没有了),这就客观上给奥赛培训增加了负担。因此，本部分只能采新授课的培训模式,将知识点和例题讲解及时地结合,争取让学员学一点，就领会一点、巩固一点,然后再层叠式地往前推进。 一、分子动理论 1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别） 对于分子（单原子分子)间距的计算,气体和液体可直接用3分子占据的空间，对固体,则与分子的空间排列(晶体的点阵)有关。 【例题１】如图６-1所示，食盐（N a Ｃl)的晶体是由钠离子 （图中的白色圆点表示)和氯离子(图中的黑色圆点表示）组成的，离子键两两垂直且键长相等。已知食盐的摩尔质量为５８.5×１０-3kg/ｍo ｌ,密度为２.2×１03kg/ｍ３，阿伏加德罗常数为6．0×10 23ｍｏｌ－1 ,求食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离。 【解说】题意所求即图中任意一个小立方块的变长(设为a ）的 2倍,所以求a 成为本题的焦点。 由于一摩尔的氯化钠含有ＮA 个氯化钠分子,事实上也含有2N Ａ 个钠离子（或氯离子)，所以每个钠离子占据空间为 v = A m ol N 2V 而由图不难看出，一个离子占据的空间就是小立方体的体积a 3 , 即 a ３ = A m ol N 2V = A m ol N 2/M ,最后,邻近钠离子之间的距离l = 2a 【答案】３.97×10－10 m 。 〖思考〗本题还有没有其它思路? 〖答案〗每个离子都被八个小立方体均分,故一个小立方体含有81 ×8个离子 = 2 1 分子,所以…（此法普遍适用于空间点阵比较复杂的晶体结构。） ２、物质内的分子永不停息地作无规则运动 固体分子在平衡位置附近做微小振动（振幅数量级为0.1A 0 ）,少数可以脱离平衡位置运动。
线膨胀系数测定仪 适用范围：线膨胀系数测定仪用于检测固体无机、有机材料、聚合物、高分子材料、金属/非金属材料，橡胶,塑料、金属制品的的低温膨胀性能；通过HY4690线膨胀系数测定仪可完成试样线变量、线膨胀系数、体膨胀系数、急热膨胀、软化温度以及它们变化曲线。 执行标准： 《1》GB/T1036-2008《塑料线性膨胀系数的测定-石英膨胀计法》 《2》GB/T2572-2005《纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法》 仪器特点： 1.采用进口直线轴承传动，实现膨胀值无磨擦传递，传动精度及重复性极好； 2.升温速度电脑程序自动设置，控温精度0.1℃,配有精密制冷-加热系统。 3. 计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线膨胀量,急热膨胀 4. 自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正（在线）。 5. 自动记录、存储、打印数椐，打印温度-膨胀系数曲线；温度间距自由设定，最小间距0.1-1℃ 6. 低温膨胀系数测定仪配有计算机接口，可与通用计算机相联，所有试验操作均计算机界面完成； 实验原理：本实验方法是将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中，然后将膨胀计先后插入不同温度的恒温浴内，在试样温度与恒温浴温度平衡，测量长度变化的仪器指示值稳定后，记录读数，由试样膨胀值和收缩值，即可计算试样的线膨胀系数。 技术参数： 仪器型号HY4690 温度范围0~200℃、-30~200℃、-40~200℃（可按 照客户要求定做） 控温精度±0.1℃ 膨胀值测量范围±5mm 膨胀值分辨率0.1~1um 自动校正量程 试样规格（2~15）×（2~15）×（20~150）mm； 园柱形或方形均可 系统测量误差±0.1-0.5% 电源电压220V±10﹪，0.5KW 外形尺寸550×550×1200mm 仪器重量 1.3 部件保证书 供应的部件和材料均已经过检验和测试以确保无缺陷和瑕疵，当其在制造的仪器上正确安装和操作时，他们将正常工作。部件(不包括消耗性部件如光源、光学元件、摩擦布等)的质保期为自发货期始6个月。 本保证书代替其它任何明示或暗示的担保。在任何情况下都有责任和义务为任何由于违反此保证条款而造成的特殊或间接损害负责。 责任仅限于对在船上和工厂交货过程中产生的任何有缺陷部件提供维修或换货。对由于滥用、使用不当、事故、变更、忽视、未经授权的维修或安装造成部件的损坏将不予保修。对
常用材料的线膨胀系数一览表 不同温度下钢材的平均线膨胀系数值如表1所示。 非金属材料的线膨胀系数如表2所示 表1不同温度下钢材的平均线膨胀系数值 在下列温度与20℃之间的平均线膨胀系数，“α”，10-6×℃-1材料 -196-150-100-50050100150200250300350400450500550600650700750800碳素钢、碳钼钢、9.1 低铬钼钢（至 Cr3Mo）9.449.8910.3910.76 11.12 11.5311.88 12.25 12.5612.90 13.24 13.5813.93 14.22 14.42 14.6214.74 14.90 15.02—铬钼钢（Cr5Mo～ 8.468.909.369.7710.16 10.52 10.9111.15 11.39 11.6611.90 12.15 12.3812.63 12.86 13.05 13.1813.35 13.48 13.58—Cr9Mo） 奥氏体不锈钢14.67 15.08 15.45 15.9716.28 16.54 16.8417.06 17.25 17.4217.61 17.79 17.9918.19 18.34 18.58 18.7118.87 18.97 19.07 19.29（Cr18-Ni9） 高铬钢（Cr13、7.748.108.448.959.299.599.9410.20 10.45 10.6710.96 11.19 11.4111.61 11.81 11.97 12.1112.21 12.32 12.41—Cr17） Cr25-Ni20 蒙纳尔 （Mone1） Ni67-Cu30 铝 灰铸铁
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： )(11 22112t 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 t L 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。 （5） 式中L 为物体的原长，L ?为固体在温度变化为t ?时的伸长量。在温度变化不大的范围内，固体的线胀系数可以认为是与温度无关的常量，但是在不同的温度区域，同一材料的线胀系数不一定相同。另外，不同材料的线膨胀系数是不同的，塑料最大，金属次之，大多数金属的线膨胀系数在C 0 5/10)5.2~8.0(-?之间。 三、实验仪器 FD-LEB 线膨胀系数测定仪包括电加热箱、千分表、温控仪、扳手、米尺和待测金属棒。其中电加热箱结构如图1所示。
固体热膨胀系数的测量 班级： 姓名： 学号： 实验日期： 一、实验目的 测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 二、仪器及用具 热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等) 三、实验原理 1．材料的热膨胀系数 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 ()12t t L L -=?α （1） （2） 此式表明，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。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。 2．线胀系数的测量 在式（1）中△L 是个极小的量，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、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。光杠杆放大原理如下图所示： ()12t t L L -?= α
当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 带入（2）式得固体线膨胀系数为： 四、实验步骤及操作 1.单击登陆进入实验大厅 2.选择热力学试验单击 3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面 4.在实验界面单击右键选择“开始实验” 5.调节平面镜至竖直状态 6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为0.0mm,并打开望远镜视野 7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止 l L D b b ?=-212()D l b b L 212-= ?()()k DL l t t DL b b l 221212=--= α
固体线热膨胀系数的测定 物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。因此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。 [实验目的] ⒈ 了解FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪的基本结构和工作原理。 ⒉ 掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。 ⒊ 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。 4．测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数。 5. 学会用图解图示法处理实验数据。 [实验仪器] FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪（一套）（电加热箱、千分表、温控仪） [实验原理] 在一定温度范围内，原长为0l 的物体受热后伸长量l ?与其温度的增加量t ?近似成正比，与原长0l 也成正比。通常定义固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量t l ??/与0℃（由于温度变化不大时长度增量非常小，实验中取室温）时同方向上的长度0l 之比，叫做固体的线热膨胀系数α，即t l l ???= 0α 实验证明：不同材料的线热膨胀系数是不同的。实验要求学生对配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线热膨胀系数（每三个同学一组，分别测量一种金属）。 [仪器介绍] 本实验使用FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪进行测量，该仪器由电加热箱和温控仪两部分组成
(图1) 1、托架 2、隔热盘A 3、隔热顶尖 4、导热衬托A 5、加热器 6、导热均匀管 7、导向块 8、被测材料 9、隔热罩 10、温度传感器 11、导热衬托B 12、隔热棒 13、隔热盘B 14、固定架 15、千分表 16、支撑螺钉 17、坚固螺钉 1)当面板电源接通数字显示为FdHc 是表示生产公司产品的符号，随即自动转向A ××.×表示当时传感器温度，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值，最高可选80.0℃。 3)如果数字显示值高于所需要的温度值，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，同时指示灯亮，发光频闪与加热速率成正比。 5)确定键的另一用途可作选择键，可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。 [实验内容与要求] （一）、仪器的安装和调试 1、接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的插头。 2、旋松千分表固定架螺栓，转动固定架至使被测样品(Ф8×400mm 金属棒)能插入紫铜管内，再插入隔热棒(不锈钢)用力压紧后转动固定架。 3、把安装千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，在安装千分表时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线;再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2—0.4mm 处，固定架给予固定。 以上仪器调节过程已完成，同学们了解即可。 （二）、数据测量 稍用力压一下千分表滑络端，使千分表测量头能与隔热棒有良好的接触，再转动千分表圆盘，使指针指向零。接通温控仪的电源,设定需加热的值，一般可分别设定温度为40.0℃、50.0℃、60.0℃、70.0℃，按确定键开始加热,同时记下显示的温度值，即为初始温度值。当温控仪的显示值上升到大于设定值，电脑将自动控制温度到设定值(正常情况下在±0.3℃左右波动三次以上后，可认为金属棒的温度达到了设定值)，分别记录每个温度对应的千分表读数1l 、2l 、3l 、4l .
大学物理实验 班级:食安1601 姓名：刘增喜 学号: 201611030101 2017年2月25 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t 1加热至末温t 2，物体伸长了△ L,则有 心丄=的厶山-h) ⑴ 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a i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a v表示。即
i Ar 一般情况下，固体的体胀系数 a v 为其线胀系数的3倍，即a v=3a i ，利用已知 的 a v 和我们可测出液体的体胀系数 a v 。 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 121-1给出了几种材料的 线胀系数。 几种材料的线热膨张系数 钢 铁 铝 璃 玻 瓷 陶 英 石 凝 熔 / AI - 5 - 5 -5 - 6 -6 -7 O 1 O 1 O 1 O 1 O 1 O 1 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 -5 变化t 1-t 2=100C ，金属的线胀系数 a i 约为10 C ,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、 v Ar