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文档简介
1、实验5 金属线胀系数的测定测量固体的线胀系数,实验上归结为测量在某一问题范围内固体的相对伸长量。此相对伸长量的测量与杨氏弹性模量的测定一样,有光杠杆、测微螺旋和千分表等方法。而加热固体办法,也有通入蒸气法和电热法。一般认为,用电热丝同电加热,用千分表测量相对伸长量,是比较经济又准确可靠的方法。1、 实验目的1. 学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。2. 测量金属杆的线膨胀系数。2、 实验原理一般固体的体积或长度,随温度的升高而膨胀,这就是固体的热膨胀。设物体的温度改变时,其长度改变量为,如果足够小,则与成正比,并且也与物体原长成正比,因此有 (1)式(1)中比例系数称为固体的线膨胀系数,其
2、物理意义是温度每升高1时物体的伸长量与它在0时长度之比。设在温度为0时,固体的长度为,当温度升高为时,其长度为,则有即 (2)如果金属杆在温度为,时,其长度分别为,则可写出 (3) (4) 将式(3)代入式(4),又因与非常接近,所以,,于是可得到如下结果: (5)由式(5),测得,和,就可求得值。3、 仪器介绍(1) 加热箱的结构和使用要求1. 结构如图5-1。2. 使用要求(1) 被测物体控制于尺寸;(2) 整体要求平稳,因伸长量极小,故仪器不应有振动;(3) 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0.20.3mm处较为适宜,然后再转动表壳校零);(4)
3、被测物体与千分表探头需保持在同一直线。(2) 恒温控制仪使用说明面板操作简图,如图5-2所示。图5-21. 当电源接通时,面板上数字显示为FdHc,表示仪器的公司符号,然后即刻自动转向A X X .X表示当时传感器温度,即。再自动转为 .(表示等待设定温度)。2. 按升温键,数字即由零逐渐增大至实验者所选的设定值,最高可选80.3. 如果数字显示值高于实验者所设定的温度值,可按降温键,直至达到设定值。4. 当数字达到设定值时,即可按确定键,开始对样品加热,同时指示灯会闪亮,发光频闪与加热速率成正比。5. 确定键的另一用途是可作选择键,可选择观察当时的温度值和先前设定值。6. 实验者如果需要改变
4、设定值可按复位键,重新设置。4、 实验步骤1. 接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。2. 测出金属杆的长度(本实验使用的金属杆的长度为400mm),使其一端与隔热顶尖紧密接触。3. 调节千分表带绝热头的测量杆,使其刚好与金属杆的自由端接触,记下此时千分表的读数。4. 接通恒温控制仪的电源,先设定需要加热的值为30,按确定键开始加热,在达到设定温度后降温至室温,降温时也应读数。注视恒温控制仪,每隔3读一次读数,同时读出千分表的示数,将相应的读数,记在表格里。(其中=(+)/2)5. 显然,金属杆各时刻上升的温度是-,-,-,相应的伸长量是-,-,-,则式(5)可表示为=即 (
5、6)由此可知,线膨胀系数是以-为纵坐标、以-为横坐标的实验曲线的斜率。把各测量值填入下表,作-与-的曲线(即与曲线),先算出,再求出。另外还可根据式(6)来计算出。因为长度的测量是连续进行的,故用逐差法对进行处理。5、 实验数据TnNnmm6、 数据处理1. 图像法根据实验数据作出与曲线如下图所示因,故数据正相关相关性很高。可得=0.0046mm/,又因=400mm求得/2. 逐差法 同理求得,根据查得的求出根据式(6),则/,其中,代入数据求得/则 / 7、 误差分析两种方法所测得的结果几乎一致,而逐差法中,数量级很小。故而误差在允许范围内。产生误差的原因:1.在读取数据时的读数误差。2.仪器本身存在的误差。8、 注意事项1. 在测量过程中,整个系统应保持稳定,不能碰撞。2. 读取,数据时,特别是读取时,一定要迅速。9、 试验总结1. 本次实验原理简单,操作也
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