線膨脹系數(shù)測定

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1、金屬線膨脹系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)(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(yùn)動加劇或減弱造成的。這個(gè)性質(zhì)在工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，在機(jī)械和儀器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都應(yīng)考慮到。否則，將影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和儀表的精度。考慮失當(dāng)，甚至?xí)斐晒こ痰膿p毀，儀器的失靈，以及加工焊接中的缺陷和失敗等等?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．學(xué)習(xí)并掌握測量金屬線膨脹系數(shù)的一種方法。2．學(xué)會用千分表測量長度的微小增量?！緦?shí)驗(yàn)儀器】FB712型金屬線膨脹系數(shù)測量儀實(shí)驗(yàn)裝置如圖1、圖2所示：7【實(shí)驗(yàn)原理】材料的線膨脹是材料受熱膨脹時(shí)，在一維方向的伸長

2、。線脹系數(shù)是選用材料的一項(xiàng)重要指標(biāo)。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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(guān)，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(rèn)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(shí)桿長、受熱后溫度從升高到時(shí)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(shí)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(biāo)卡尺是測不準(zhǔn)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(xué)干涉法等方法。本實(shí)驗(yàn)就用千分表分度值為千分表測微小的線脹量。7【實(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)驗(yàn)裝置，連接好加熱皮管，打開電源開關(guān)，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(jī)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(jì)僅有上方

5、一個(gè)紅燈亮，其余都轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈時(shí)，可以先關(guān)閉溢水管口塑料蓋。接著可以按下強(qiáng)制冷卻按鈕，讓循環(huán)水泵試運(yùn)行，由于系統(tǒng)內(nèi)可能存在大量氣泡，造成水位計(jì)顯示虛假水位，只有利用循環(huán)水泵試運(yùn)行過程，把系統(tǒng)內(nèi)氣體排出，這時(shí)候水位下降，儀器自動保護(hù)停機(jī)。（說明：為了保護(hù)加熱器不損壞，儀器設(shè)計(jì)了自動保護(hù)裝置，只有水位正常狀態(tài)才能啟動加熱或強(qiáng)制冷卻裝置，系統(tǒng)水位過低、缺水將自動停機(jī)。）因此，在虛假水位顯示已滿的情況下，可采用反復(fù)啟動強(qiáng)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(qiáng)制冷卻按鈕→自動停機(jī)→再加水的反復(fù)過程，直到最終系統(tǒng)的水位計(jì)穩(wěn)定顯示，水位計(jì)只剩上方一個(gè)

6、紅燈未轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈，此時(shí)必須停止加水，以防水從系統(tǒng)溢出，流淌到實(shí)驗(yàn)桌上。接下來即可進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)水位下降，應(yīng)該適時(shí)補(bǔ)充。．設(shè)置好溫度控制器加熱溫度:金屬管加熱溫度設(shè)定值可根據(jù)金屬管所需要的實(shí)際溫度值設(shè)置。．將銅管（或鋁管）對應(yīng)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(rèn)為有必要，可以通過轉(zhuǎn)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(shí)，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(shè)置操作方法請參看【附錄1】.．測量并記錄數(shù)據(jù)：當(dāng)被測介質(zhì)溫度為時(shí)，讀出千分表數(shù)值，記入表2中。接著在溫度為時(shí)，記錄對應(yīng)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(yīng)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