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《線膨脹系數(shù)測定》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、金屬線膨脹系數(shù)測量實驗(FB712型金屬線膨脹系數(shù)測定儀)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,將影響結構的穩(wěn)定性和儀表的精度??紤]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?!緦嶒災康摹?.學習并掌握測量金屬線膨脹系數(shù)的一種方法。2.學會用千分表測量長度的微小增量?!緦嶒瀮x器】FB712型金屬線膨脹系數(shù)測量儀實驗裝置如圖1、圖2所示:7【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
2、。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),原長為的物體,受熱后其伸長量與其溫度的增加量近似成正比,與原長亦成正比,即:(1)式中的比例系數(shù)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。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
3、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。另外還發(fā)現(xiàn)線膨脹系數(shù)與材料純度有關,某些材料摻雜后,線膨脹系數(shù)變化很大。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,測量出時桿長、受熱后溫度從升高到時的伸長量和受熱前后的溫度升高量(),則該材料在溫度區(qū)域的線脹系數(shù)為:(2)其物理意義是固體材料在溫度區(qū)域內(nèi),溫度每升高一度時材料的相對伸長量,其單位為。測量線脹系數(shù)的主要問題是如何測伸長量。我們先粗估算一下的大小,若,溫度變化,金屬的數(shù)量級為,估算
4、。對于這么微小的伸長量,用普通量具如鋼尺或游標卡尺是測不準的??刹捎们Х直恚ǚ侄戎禐椋⒆x數(shù)顯微鏡、光杠桿放大法、光學干涉法等方法。本實驗就用千分表分度值為千分表測微小的線脹量。7【實驗內(nèi)容和步驟】.把樣品空心銅棒、鋁棒安裝在測試架上。在室溫下用米尺重復測量金屬桿的原有長度次,記錄到表中,求出原有長度的平均值。.參照圖1安裝好實驗裝置,連接好加熱皮管,打開電源開關,以便從儀器面板水位顯示器上觀察水位情況。水箱容積大約為。.加水步驟:先打開機箱頂部的加水口和后面的溢水管口塑料蓋,用漏斗從加水口往系統(tǒng)內(nèi)加水,管路中的氣體將從溢水管口跑出,直到系統(tǒng)的水位計僅有上方
5、一個紅燈亮,其余都轉變?yōu)榫G燈時,可以先關閉溢水管口塑料蓋。接著可以按下強制冷卻按鈕,讓循環(huán)水泵試運行,由于系統(tǒng)內(nèi)可能存在大量氣泡,造成水位計顯示虛假水位,只有利用循環(huán)水泵試運行過程,把系統(tǒng)內(nèi)氣體排出,這時候水位下降,儀器自動保護停機。(說明:為了保護加熱器不損壞,儀器設計了自動保護裝置,只有水位正常狀態(tài)才能啟動加熱或強制冷卻裝置,系統(tǒng)水位過低、缺水將自動停機。)因此,在虛假水位顯示已滿的情況下,可采用反復啟動強制冷卻按鈕,利用循環(huán)水泵的間斷工作把管路中的空氣排除,即啟動強制冷卻按鈕→自動停機→再加水的反復過程,直到最終系統(tǒng)的水位計穩(wěn)定顯示,水位計只剩上方一個
6、紅燈未轉變?yōu)榫G燈,此時必須停止加水,以防水從系統(tǒng)溢出,流淌到實驗桌上。接下來即可進行正常實驗,實驗過程中發(fā)現(xiàn)水位下降,應該適時補充。.設置好溫度控制器加熱溫度:金屬管加熱溫度設定值可根據(jù)金屬管所需要的實際溫度值設置。.將銅管(或鋁管)對應的測溫傳感器信號輸出插座與測試儀的介質(zhì)溫度傳感器插座相連接。將千分尺裝在被測介質(zhì)銅管(或鋁管)的自由伸縮端固定位置上,使千分表測試端與被測介質(zhì)接觸,為了保證接觸良好,一般可使千分表初讀數(shù)為左右,只要把該數(shù)值作為初讀數(shù)對待,不必調(diào)零。(如認為有必要,可以通過轉動表面,把千分尺主指針讀數(shù)基本調(diào)零,而副指針無調(diào)零裝置。).正常測量
7、時,按下加熱按鈕(高速或低速均可,但低速檔由于功率小,一般最多只能加熱到左右),觀察被測金屬管溫度的變化,直至金屬管溫度等于所需溫度值(例如)。溫控器設置操作方法請參看【附錄1】..測量并記錄數(shù)據(jù):當被測介質(zhì)溫度為時,讀出千分表數(shù)值,記入表2中。接著在溫度為時,記錄對應的千分表讀數(shù)7.用逐差法求出溫度每升高金屬棒的平均伸長量,由(2)式即可求出金屬棒在(,)溫度區(qū)間的線膨脹系數(shù)。?【數(shù)據(jù)記錄及處理】?數(shù)據(jù)記錄1:注意:有效長度應等于總長度減去固定螺釘外的一小段(約左右)。測量次數(shù)123平均值銅棒有效長度鋁棒有效長度?數(shù)據(jù)記錄2:樣品溫度35404550556
8、06570測銅棒千分表讀數(shù)測鋁棒千分表讀數(shù)?用逐差法