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金属线膨胀系数测量实验讲义 编辑整理 曾 2009-9-15 (FB 7 1 2型金属线膨胀系数测定仪) 浙江大学物理实验中心 杭州精科仪器有限公司 型号规格 单位 数量 备注 FB7 1 2型金属线膨 胀系数测定仪 台 1 被测件测试架 台 1 千分表 只 1 传感器连接线 根 2 L=80cm红黑各一根 小漏斗 只 1 电源线 根 1 实验讲义(说明书) 本 1 金属线膨胀系数的测量 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(如焊接)中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 【实验目的】 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 2、学会使用千分表。 【实验仪器】 FB712型金属线膨胀系数测量仪实验装置，如图1、图2所示 图1金属线膨胀系数测定仪测试架结构示意图 图2 FB7 12型金属线膨胀系数测定仪面板 【实验原理】 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量△L与其温度的增加量△t近似成正比，与原长L亦成正比，即： 　　　　　　　　　　　 △L=α· L·△t　　　　　　　　　(1) 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数(简称线胀系数)。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 几种材料的线胀系数 材料 铜、铁、铝 普通玻璃、陶瓷 殷 钢 熔凝石英 数量级 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同，某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由(1)式可知，测量初始杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量△t和受热前后的温度升高量△t (△t =t2－t1)，则该材料在(t1，t2)温度区域的线胀系数为： （2） 其物理意义是固体材料在（t1，t2)温度区域内，温度每升高1℃时材料的相对伸长量，其单位为（℃）－1 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量△L。我们先粗估算一下△L的大小，若L=250mm，温度变化t2一t1≈100℃，金属的α数量级为×10－5（℃）－1，估算△L=α· L·△t≈0.25mm。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表(分度值为0．001mm)、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法测量。本实验就用分度值为0．001mm的千分表测量。 【实验内容和步骤】 ⒈把样品空心铜棒、铝棒安装在测试架上。在室温下用米尺重复测量金属杆的原有长度2～3次，记录到表1中，求出L原有长度的平均值。 2．参照图1安装好实验装置，连接好加热胶管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察水位情况。水箱容积大约为750ml。 3．加水步骤：先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口橡胶盖，用漏斗从加水口往系统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口橡胶盖。接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。(说明：为了保护加热器不损坏，仪器设计了自动保护装置，只有水位正常状态才能启动加热或强制冷却装置，系统水位过低、缺水将自动停