金屬線膨脹系數(shù)的測定

絕大多數(shù)物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內(nèi)部分子熱運動加劇或減弱造成的。這個性質(zhì)在工程結(jié)構的設計中，在機械和儀器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都應考慮到。否則，將影響結(jié)構的穩(wěn)定性和儀表的精度。考慮失當，甚至會造成工程的損毀，儀器的失靈，以及加工焊接中的缺陷和失敗等等。

實驗目的1.

掌握千分表測定固體長度微小變化的原理和方法。2.

測定金屬在一定溫度區(qū)域內(nèi)的平均線膨脹系數(shù)?！緦嶒瀮x器】金屬線膨脹系數(shù)測量實驗裝置、YJ-RZ-4A數(shù)字智能化熱學綜合實驗儀金屬線膨脹系數(shù)測量實驗裝置如圖1加熱引線溫度傳感器引線千分表圖１【實驗原理】材料的線膨脹是材料受熱膨脹時，在一維方向的伸長。線脹系數(shù)是選用材料的一項重要指標。特別是研制新材料，少不了要對材料線脹系數(shù)做測定。固體受熱后其長度的增加稱為線膨脹。經(jīng)驗表明，在一定的溫度范圍內(nèi)，原長為L的物體，受熱后其伸長量L與其溫度的增加量t近似成正比，與原長L亦成正比，即L=

（1）稱為固體的線膨脹系數(shù)（簡稱線脹系數(shù)）。大量實驗表明，不同材料的線脹系數(shù)不同，塑料的線脹系數(shù)最大，金屬次之，殷鋼、熔融石英的線脹系數(shù)很小。殷鋼和石英的這一特性在精密測量儀器中有較多的應用。式中的比例系數(shù)幾種材料的線脹系數(shù)材

料銅、鐵、鋁普通玻璃、陶瓷殷

鋼熔凝石英數(shù)量級實驗還發(fā)現(xiàn)，同一材料在不同溫度區(qū)域，其線脹系數(shù)不一定相同。某些合金，在金相組織發(fā)生變化的溫度附近，同時會出現(xiàn)線脹量的突變。因此測定線脹系數(shù)也是了解材料特性的一種手段。但是，在溫度變化不大的范圍內(nèi)，線脹系數(shù)仍可認為是一常量。為測量線脹系數(shù)，我們將材料做成條狀或桿狀。由（1）式可知，測量出t1時桿長L、受熱后溫度達t時的伸長量L和受熱前后的溫度t1及t2

，則該材料在（t，t）溫區(qū)的線脹系數(shù)為

=

（2）其物理意義是固體材料在（t1，t2）溫區(qū)內(nèi)，溫度每升高一度時材料的相對伸長量，起單位為/（℃）。測線脹系數(shù)的主要問題是如何測伸長量L。先粗估算出L的大小，若L≈250mm,溫度變化t2-t1≈100℃，金屬的a數(shù)量級為10/（℃），則可估算出L≈0.25mm。對于這么微小的伸長量，用普通量具如剛尺或游標卡尺是測不準的?？刹捎们Х直恚ǚ侄戎禐?.001mm）、讀數(shù)顯微鏡、光桿干放大法、光學干涉法。本實驗中采用千分表測微小的線脹量。【實驗內(nèi)容和步驟】

（1）開機1卸下三個下盤支撐螺釘，安裝好實驗裝置，連接好電纜線，打開電源開關，“測量選擇”開關旋至“設定溫度”檔，調(diào)節(jié)“設定溫度粗選”和“設定溫度細選”鈕，選擇設定加熱盤為所需的溫度（如50.0℃）值。2將“測量選擇”開關撥向“上盤溫度”檔，打開加熱開關，觀察加熱盤溫度的變化，直至加熱盤溫度恒定在設定溫度（50.0℃）。（2）測量當加熱盤溫度恒定在設定溫度50.0℃，讀出千分表數(shù)值L，當溫度分別為55.0℃、60.0℃、65.0℃、70.0℃、75.0℃、80.0℃、85.0℃、90.0℃、95.0℃時，分別記下千分表讀數(shù)L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10

（3）用逐差法求出5℃時金屬棒的平均伸長量，由（2）式即可求出金屬棒在（50℃，95℃）溫區(qū)內(nèi)的線脹系數(shù)。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

T50℃

55℃60℃65℃70℃75℃80℃85℃90℃95℃

LL

=【思考題】1.該實驗的