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1、3.2测量金属的线胀系数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，在材料的加工中，都应考 虑到，否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。材料的线膨胀系数是材料受热膨胀时， 在一维方向上的伸长，线胀系数是选用材料的一项重要指标。实验目的1. 测量金属在某一温度区域内的平均线膨胀系数；2. 学会测量长度微小变化的方法，千分表的使用；3. 熟悉FD-LEA线膨胀系数测定仪的使用方法。仪器用v具线胀系数测定仪、铁棒、铜棒、铝棒等。实验原理固体的长度一般是温度的函数，固体受热后发生体积膨胀，把分别在X、y、z方向的
2、 膨胀称线膨胀。对于杆状物体，只研究在杆长方向的膨胀，在常温下，固体的长度L与温 度r有如下关系：资料个人收集整理，勿做商业用途1|L = L0(1 + at) (3.2-1)式中L0为固体在t =0C时的长度；侦称为线胀系数。其数值与材料性质有关，单位 为。CL在温度变化不太大的情况下，对一定的物质材料，a是一个常量，材料不同，a值 不同，如塑料a值很大，金属次之，熔凝石英a值很小。资料个人收集整理，勿做商业用途设物体在tC时的长度为L，温度升到t2 C时增加了 AL。根据(3.2-1)式可以写出L L0(1 + a) (3.2-2)L = L0(1 + a12) (3.2-3)从(3.2-
3、2)、(3.2-3)式中消去L0后，再经简单运算得a = 皇 (3.2-4)L (t t ) - Lt由于ALL，故(3.2-4)可以近似写成a = Ak 二(3.2-5)L 12 11显然，固体线胀系数的物理意义是当温度变化ic时，固体长度的相对变化值。在 (3.2-5)式中，L、t1、七都比较容易测量，但AL很小，一般长度仪器不易测准，本实验 中用千分表对其进行测量。资料个人收集整理，勿做商业用途仪器介绍电加热箱结构如图3.2-1所示。图 3.2-11、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 1
4、2、隔热棒13、隔热盘B 14、固定架15、千分表 16、支撑螺钉17、坚固螺钉恒温控制仪使用说明面板操作简图如图3.2-2所示。1. 当面板电源接通数字显示为FdHc，表示公司符号，随即自动转向Axx.x，表示当前传感 器温度，b=.=表示等待设定温度。资料个人收集整理，勿做商业用途2. 按升温键，数字即由零逐渐增大至用户所需的设定值，最高可选80 Co3. 如果数字显示值高于用户所需要的温度值，可按降温键，直至用户所需要的设定值。4. 当数字设定值达到用户所需的值时，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。资料个人收集整理，勿做商业用途5. 确定键的另一用途
5、可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。6. 用户如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。卖验内容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（8x400mm金属棒）能插入紫铜管内， 再插入低导热体（不锈钢）用力压紧后转动固定架，在安装千分表架时注意被测物体与千分 表测量头保持在同一直线。资料个人收集整理，勿做商业用途3. 安装千分表在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，再向前移动固定架，使千分 表读数值在0.20.4mm处，固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端，使它能与 绝热体有良好地接触，再转动千分表圆盘读
6、数为零。资料个人收集整理，勿做商业用途uu4. 接通温控仪的电源，设定需加热的值，40C80C范围内，依次增加5C，按确定键 开始加热。5. 当显示值上升到大于设定值时，电脑自动控制到设定值，正常情况下在2.0C左右 波动一、二次，逐差法计算Z和AZ，通过公式a = %.心计算线膨胀系数并考查其线性 情况。在80C降温至40C过程中，间隔5C测量一次，再次计算线胀系数，计算两次测量 的平均值。资料个人收集整理，勿做商业用途6. 换不同的金属棒样品，分别测量并计算各自的线膨胀系数，与理论参考值比较，并 做分析。理论参考值：铜（1.61.8） X10-5K-1 铝（2.22.3） X10-5K-1
7、 铁（1.21.3） X10-5K-1 资料注意事项1. 整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动。2. 在实验过程中，如若移开金属棒，应先关闭电源，待其降至室温后，再利用塑料移 动杆操作，勿直接用手接触，以免烫伤手。资料个人收集整理，勿做商业用途3. 实验结束后，切断电源，保管好测量样品，不要使样品两端面划伤，以免影响实验 的精度。4. 千分表安装须适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（读数在 0.2一0.3mm处较为适宜，然后再转动表壳校零）。资料个人收集整理，勿做商业用途思考题1. 分析本实验中各物理量的测量结果，哪一个对实验误差影响较大？3 / 42. 测量 里除了用千分表，还可用什么方法？试举例说明。
