@@实验3.5 线膨胀系数的测定(luo)

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【实验目的】

1．学习并掌握测量金属线膨胀系数的一种方法。

2．学会用千分表测量长度的微小增量。

【实验仪器】

FB712型金属线膨胀系数测量仪一台，千分表（1-0-0.001mm）一个，待测铜管一根。

【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。

如图所示，待测铜管的线胀系数为：

tLL

式中L为温度为1t摄氏度时的管长，L为管受热后温度从1t升高到2t时的伸长量，t为管受热前后的温度升高量 (12ttt) 。

该式所定义的线胀系数的物理意义是固体材料在21t , t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1C。

【实验内容和步骤】

1．把样品铜管安装在测试架上。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ml750。

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，用漏斗从加水口往系统内加水，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。

4．设置好温度控制器加热温度:金属管加热温度设定值可根据金属管所需要的实际温度值设置。

5．将铜管（或铝管）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铜管（或铝管）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，为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为mm2.0左右，只要把该数值作为初读数对待，不必调零。(如认为有必要，可以通过转动表面，把千分尺主指针读数基本调零，而副指针无调零装置。)

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ro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ro。若温度升高（T1、T2），振动能量增加（E1、E2），则两原子之间的平均距离也增大（r1、r2），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：

tLL

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L0，当温度升高时，其长度为Lt。

tLLLt00 （3-1）

Lt= L0（1+t）。 （3-2）

若在温度t1和t2时，固体的长度分别为L1，L2，则根据式（3-2）或写出

L1=L0（1+t1）， （3-3）

L2=L0（1+t2）， （3-4）

- 1 - 线性膨胀系数检测

线性膨胀系数检测是利用线性膨胀测量材料膨胀特性的检测方法。由于线性膨胀系数与温度、压力以及其他因素相关，因此在各种工程应用中受到广泛重视。线性膨胀系数的测量是一个非常精密的工程，需要精确的实验过程和特定的设备。本文将详细介绍线性膨胀系数测量的基本原理、常用的检测方法、仪器要求及应用实例。

一、线性膨胀测量的基本原理

线性膨胀系数是描述材料在受到温度、压力或其他因素影响时发生大小线性变化的指标。它等于物体在温度升高或压力升高时长度增加与参考长度的比值。一般来说，线性膨胀受到温度及热能的影响，随着温度的升高，物体的长度也会增加。线性膨胀系数的测量实际上是测量物体温度变化时长度变化的率。

二、常用的检测方法及仪器要求

常见的线性膨胀系数测量方法有标准比较方法、定点法和热框架法，它们各有特点和优势，用于不同的应用领域。

1、标准比较法：标准比较法是通过用两个标准杆预先测量好的温度再进行比较测量线性膨胀系数，由于两个标准杆有相同的长度，它们在同一温度下的长度增减也是一致的。标准比较法易于操作，灵敏度高，且准确度高，广泛应用于温度测量。

2、定点法：定点法是在一台定点仪上测量线性膨胀系数，通过不断调节定点仪的温度参数，在一定温度下测量物体的实际长度，以计算出线性膨胀系数。定点法可以测量更高的温度范围，但操作复杂， - 2 - 需要较高的仪器要求，准确度一般不如标准比较法。

3、热框架法：热框架法是将物体放入热框架内，通过控制热框架内的温度，不断增加温度，直至达到某一定温度，再计算物体的长度，来计算出线性膨胀系数。热框架法可以实现连续测量，具有自动化程度高，精度高、灵敏度高的优势，广泛应用于高温测量。

三、应用实例

线性膨胀系数检测技术广泛应用于工业领域，包括机械制造、冶金、石油、化工、能源、交通、航空、电子信息等。在机械制造行业，线性膨胀系数测试是机械加工加工正确性的重要检验，它可以检测金属零部件的温度变化对其尺寸的影响，检测材料的热膨胀性能，确保其精度和可靠性。此外，在冶金行业，线性膨胀系数测试也是重要的检测手段，可以测量金属冶炼过程中材料的变形和变化，检测金属熔炼时各种参数的变化，确保金属材料的可靠性和质量。

金属线胀系数的测定实验报告

实验报告的第一部分，咱们得聊聊金属线的热胀冷缩。相信大家都听过一句话：“物理是生活的百科全书。”没错，金属线的膨胀系数就是其中的一个小小章节。我们想知道，金属在温度变化时到底会发生什么？它是怎么变化的？为什么它会变长、变短？这一切都跟“热胀冷缩”有关。

1.1 实验目的

首先，实验的目的很简单。我们要测定不同金属的线胀系数。这就像在做一道菜，得知道每种材料的比例，才能做出美味的佳肴。通过测量金属线在加热和冷却过程中的长度变化，咱们可以算出它的线胀系数。这样一来，咱们对金属的物理特性有了更深的了解。

1.2 实验原理

那么，线胀系数是什么呢？简单来说，线胀系数是单位长度的金属在温度变化时所引起的长度变化量。听起来有点拗口，其实意思很明了。咱们用公式来表示：α = ΔL / (L0 ΔT)。这个公式中的每个符号都有它的意义。ΔL是长度的变化，L0是初始长度，ΔT是温度的变化。数学总是能帮我们理清头绪。

接下来，我们进入实验的第二部分。准备工作可得好好做。材料准备好后，我们就开始加热实验。

2.1 实验材料

用到的材料包括不同类型的金属线，比如铝、铜和铁。这几种金属各有特色。铝轻盈，铜导电性好，铁则结实耐用。这就像是一场金属界的聚会，每种金属都带着自己的个性登场。

2.2 实验步骤

实验步骤相对简单。首先，把金属线的两端固定在夹具上。然后，用热水或者火焰来加热金属线。这个时候，大家可以观察到金属线慢慢变长。真的是让人兴奋，像是看着一棵植物悄悄发芽。在加热的过程中，咱们要不断测量它的长度变化。温度变化越大，长度变化越明显。大家可以随时记录下这些数据，最后会发现规律。

2.3 数据记录与处理

在记录数据的时候，耐心是关键。一定要仔细，不要漏掉任何一个数字。最终我们将这些数据整理成表格。通过计算，得出每种金属的线胀系数。这个过程就像拼拼图，拼出最后的完整图案，心里那种成就感，真的是棒极了！