固體線(xiàn)膨脹系數(shù)的測(cè)定講義

精品文檔固體線(xiàn)膨脹系數(shù)的測(cè)定大多數(shù)固體材料內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與物體的溫度有關(guān)，故而都遵從熱脹冷縮的規(guī)律。固體的體積隨溫度升高而增大的現(xiàn)象稱(chēng)為熱膨脹。固體熱膨脹時(shí)，它在各個(gè)線(xiàn)度上（如長(zhǎng)、寬、高、直徑等）都要膨脹，我們把物體線(xiàn)度的增長(zhǎng)稱(chēng)為線(xiàn)膨脹；將體積的增大稱(chēng)為體膨脹。若固體在各方向上熱膨脹規(guī)律相同時(shí)，可以用固體在一個(gè)方向上的線(xiàn)膨脹規(guī)律來(lái)表征它的體膨脹，所以線(xiàn)膨脹系數(shù)是很多工程技術(shù)中選材料的重要技術(shù)指標(biāo)。在道路、橋梁、建筑等工程設(shè)計(jì)、精密儀器儀表設(shè)計(jì)、材料的焊接、加工等領(lǐng)域都必須考慮該參數(shù)的影響。線(xiàn)膨脹系數(shù)的測(cè)量方法有很多種，包括：光杠桿法、千分表法、讀書(shū)顯微鏡法、光學(xué)干涉法、組合法等，本實(shí)驗(yàn)采用千分表法測(cè)金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)，用FD-LEB線(xiàn)膨脹系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)測(cè)量固體線(xiàn)膨脹系數(shù)的方法；2.掌握用千分表測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的方法；3.練習(xí)作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法；4.分析影響測(cè)量精度的因素。二、實(shí)驗(yàn)原理固體受熱后的長(zhǎng)度L和溫度t之間的關(guān)系為： (1)式中L0為溫度t=0時(shí)的長(zhǎng)度，是和被測(cè)物質(zhì)有關(guān)的數(shù)值很小的常數(shù)，而以后的各系數(shù)和相比甚小，所以常溫下可以忽略，則上式可寫(xiě)成： (2)式中就是固體的線(xiàn)膨脹系數(shù)，其物理意義為溫度每升高一度時(shí)物體的伸長(zhǎng)量與它在零度時(shí)的長(zhǎng)度比，單位是攝氏度分之一。如果在溫度t1和t2時(shí)，金屬桿的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，則有： (3) (4)聯(lián)立(3)、(4)式可得：。由于L2與L1相差微小，所以上式可近似寫(xiě)為。式中是固體當(dāng)溫度變化時(shí)相對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量。該式通?？珊?jiǎn)單表示為：。 （5）式中L為物體的原長(zhǎng)，為固體在溫度變化為時(shí)的伸長(zhǎng)量。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，固體的線(xiàn)脹系數(shù)可以認(rèn)為是與溫度無(wú)關(guān)的常量，但是在不同的溫度區(qū)域，同一材料的線(xiàn)脹系數(shù)不一定相同。另外，不同材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)是不同的，塑料最大，金屬次之，大多數(shù)金屬的線(xiàn)膨脹系數(shù)在之間。三、實(shí)驗(yàn)儀器FD-LEB線(xiàn)膨脹系數(shù)測(cè)定儀包括電加熱箱、千分表、溫控儀、扳手、米尺和待測(cè)金屬棒。其中電加熱箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。電加熱箱使用時(shí)需要注意：（1）被測(cè)物體控制于8400mm尺寸；（2）儀器放置要平穩(wěn)。因?yàn)樯扉L(zhǎng)量極小，故實(shí)驗(yàn)時(shí)儀器不應(yīng)有任何振動(dòng)。千分表是一種測(cè)定微小長(zhǎng)度變化量的儀表，表盤(pán)上一周分為200小格，每小格表示0.001mm。當(dāng)測(cè)量桿被壓縮0.2mm時(shí)，小指針轉(zhuǎn)過(guò)一格，而長(zhǎng)指針則轉(zhuǎn)過(guò)一周，其讀數(shù)方法與千分尺相同。在安裝千分表的時(shí)候，其探頭應(yīng)與被測(cè)物體保持在同一直線(xiàn)。千分表的固定以表頭無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)為準(zhǔn)，稍用力壓一下千分表滑絡(luò)端，與隔熱棒有良好的接觸，小表盤(pán)上顯示的讀數(shù)在0.2-0.3mm較為適宜，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)表殼調(diào)零。恒溫控制儀分為顯示窗口和溫控按鈕。按升溫鍵，溫度數(shù)值即由零逐漸增大至用戶(hù)所需設(shè)定的數(shù)值，最大不超過(guò)80；如果顯示溫度高于所需要的溫度，可按降溫鍵直至所需設(shè)定的溫度；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，即可按確定鍵開(kāi)始對(duì)樣品加熱。同時(shí)指示燈亮，發(fā)光頻率與加熱速率成正比。如果按復(fù)位鍵，可改變之前設(shè)定，重新設(shè)置。確定鍵也可作為選擇鍵來(lái)使用，可選擇觀察當(dāng)前的溫度數(shù)值和設(shè)定的溫度數(shù)值。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.接通電加熱器與溫控儀輸入輸出接口和溫度傳感器的航空插頭。2.取出電加熱箱中的待測(cè)棒，記下棒的材料類(lèi)型，用米尺測(cè)棒的長(zhǎng)度。3.按照儀器操作要求安裝好待測(cè)棒、隔熱棒和千分表，然后將千分表調(diào)零。4.將溫控儀的溫度數(shù)值分別設(shè)定為35、40、45、50、55和60，按確定鍵開(kāi)始加熱。5.當(dāng)溫度顯示值上升到大于設(shè)定值，電腦自動(dòng)控制到設(shè)定值，需等待千分表的讀數(shù)基本穩(wěn)定后再記錄千分表的示數(shù)和對(duì)應(yīng)的溫度值。（溫控儀設(shè)定的溫度與實(shí)際溫度有差別，以實(shí)際達(dá)到的溫度為準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)。）6.更換其他兩種測(cè)量材料，重復(fù)以上測(cè)量過(guò)程。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1.自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2.利用等差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后用公式（5）分別計(jì)算各個(gè)溫度下不同材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)。3.作圖，由曲線(xiàn)的斜率求線(xiàn)脹系數(shù)，并考查其線(xiàn)性關(guān)系。六、注意事項(xiàng)1.千分表是精密儀器，不要用力擠壓。2.由于被測(cè)物體伸長(zhǎng)量極小，故儀器不應(yīng)有振動(dòng)，讀數(shù)時(shí)不要用力壓桌面。七、思考題1.為什么要在溫度和千分表穩(wěn)定的時(shí)候才能讀數(shù)？2.隔熱棒的作用