材料线膨胀系数测量
金属棒线膨胀系数的测量 实验报告
金属棒线膨胀系数的测量实验报告一、实验目的本实验旨在通过一种精密的测量方法，测量金属棒在温度升高时的线膨胀系数。
线膨胀系数是金属材料的重要物理性质之一，对于许多工程应用和科学研究都具有重要意义。
通过本实验，我们可以更深入地理解金属的物理性质，为相关领域的实际应用提供准确的参数。
二、实验原理线膨胀系数是表示金属材料在温度升高时长度增加的物理量。
根据热胀冷缩原理，当温度升高时，金属棒的长度会增大，而当温度降低时，金属棒的长度会减小。
线膨胀系数可以用下式表示：α = (L2 - L1) / (L1 * ΔT)其中，L1 和L2 是金属棒在温度为T1 和T2 时的长度，ΔT 是温度变化量。
本实验中，我们通过高精度的测量仪器，测量金属棒在受热和受冷两种状态下的长度，并计算出线膨胀系数。
三、实验设备加热炉：用于加热金属棒。
光学显微镜：用于测量金属棒的长度。
热电偶：用于测量加热炉内的温度。
数字万用表：用于测量和记录数据。
四、实验步骤在光学显微镜下，测量金属棒在室温下的长度，并记录数据。
将金属棒放入加热炉中，用热电偶测量炉内温度。
慢慢加热金属棒，并每隔5摄氏度记录一次金属棒的长度。
将数据记录在数字万用表上。
在金属棒完全冷却后，再次测量其长度，并记录数据。
使用公式计算金属棒的线膨胀系数。
五、实验结果以下是实验数据记录表：温度(摄氏度)室温下长度(mm)加热后长度(mm)冷却后长度(mm)根据上述数据，我们计算出金属棒的线膨胀系数为(L2 -L1) / (L1 * ΔT) = 0.005/摄氏度。
六、结果分析从实验结果可以看出，金属棒的线膨胀系数为0.005/摄氏度。
这表明当温度升高时，金属棒的长度会增加。
这是由于金属内部的原子在热能的作用下变得更加活跃，导致原子间的间距增大，进而引起金属棒的长度增加。
这个结果与理论预期相符。
此外，我们还可以观察到，随着温度的升高，金属棒长度的增加量逐渐增大。
这说明金属材料的线膨胀系数是随着温度的升高而增大的。
低温电连接器用材料的线膨胀系数测量
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ，ａ ｎ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｗａ ｓ ｂｕ ｉ ｌ ｔ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ — ２ ４ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ — １ ２
线膨 胀 系数 通 常 采 用 石英 膨胀 仪 ， 其 测 量 准 确 度
较高 ， 但 对棒 状被 测试 件 尺 寸 要 求严 格 ， 且 由 于长 度
ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ７ ７— ２ ９ ３ Ｋ ． Ｔｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ
１ 引 言
和 制备 具有 重要 意义 。
材料 线膨 胀 系数 的测 量 方法 按 测 量 形 变 仪器 的 不同， 可 分为 石英 膨胀 仪 、 干涉仪 、 光杠 杆 、 应变 片 、 磁 量计 、 机 械杠 杆仪 、 指 针 量 计 和 电容 测 微 计 等 ¨ 。 干 涉法 和 光杠杆 法 等光 学 方 法 测量 材 料 线 膨 胀 系数 的 精度 最 高 ， 但 其精 度受 到诸 如温 度 、 压力、 湿度等 因素 的影 响 ， 对测 量环 境 和试 件 尺 寸 要 求 较 为苛 刻 ， 且 仪器 价格 昂贵 ， 操 作 复 杂 。 目前 ， 在 低 温 下 测 量材 料
实验讲义十五材料线膨胀系数的测定——示差法
实验十五材料线膨胀系数的测定——示差法概述物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。
在实际应用中，当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数显得尤为重要，如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工，都要求二种材料具备相近的膨胀系数。
在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数；如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。
如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。
因此，测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。
目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法(或称“石英膨胀计法”)、双线法、光干涉法、重量温度计法等。
在所有这些方法中，以示差法具有广泛的实用意义。
国内外示差法所采用的测试仪器很多，有分立式膨胀仪(如weiss立式膨胀仪)和卧式膨胀仪(如HTV型、UBD型、RPZ―1型晶体管式自动热膨胀仪)两种。
有工厂的定型产品，也有自制的石英膨胀计。
些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。
本实验采用示差法。
一、实验目的1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义；2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，以及测试要点；3．利用材料的热膨胀曲线，确定玻璃材料的特征温度。
二、实验原理一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为厘米╱厘米·度。
假设物体原来的长度为L0，温度升高后长度的增加量为∆L，它们之间存在如下关系：∆L╱L0＝α1∆t （1）式中，α1称为线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长。
线膨胀系数检测标准
线膨胀系数检测标准
线膨胀系数检测标准是用于评估材料的热膨胀性能的一种指标。
线膨胀系数是指材料在温度升高后单位长度的长度变化。
这个参数对于一些特殊应用，如建筑结构设计、工程材料选择以及热力学分析非常重要。
线膨胀系数检测标准在不同国家和行业可能会有所不同，但其目的都是为了确定材料在不同温度下的膨胀特性。
常见的检测方法是利用热膨胀系数计量仪进行测试。
在测试中，材料样本通常处于一个受控温度环境中，然后根据温度变化测量材料长度的变化。
通过记录不同温度下的长度变化，可以计算出材料的线膨胀系数。
根据不同材料的特性和应用需求，线膨胀系数检测标准会有所不同。
例如，对于金属材料，ASTM标准E228-11规定了线膨胀系数的测试方法。
而对于陶瓷材料，ISO标准10545-8也提
供了相应的测试方法。
这些标准涵盖了样本的准备、测试条件、数据处理等方面的内容，确保了测试结果的可靠性和可比性。
线膨胀系数检测标准的应用非常广泛。
在建筑领域中，它被用于评估建筑材料在不同温度变化下的稳定性，以确保房屋结构的安全和可靠。
在航空航天领域中，它被用于评估航空发动机和航天器在高温环境下的性能。
在地质勘探领域中，它被用于石油和天然气勘探，帮助确定地质构造中岩石的膨胀特性。
总的来说，线膨胀系数检测标准是一个重要的材料性能评估指标，对于不同领域的工程设计和材料选择起到了关键的作用。
这些标准的制定和使用能够确保材料的稳定性和可靠性，并为各行业提供了一个共同的测试方法和结果标准。
这将促进科学研究、工程设计和技术创新的发展。
材料线膨胀系数测量
材料线膨胀系数测量材料的线膨胀系数是一个重要的物性参数，用来描述材料在温度变化时的膨胀行为。
了解材料的线膨胀系数可以帮助工程师在设计中考虑到温度变化对结构的影响。
材料的线膨胀系数定义为单位温度变化引起的长度变化与原始长度的比值。
线膨胀系数通常用符号α来表示，单位为1/°C或1/°F。
线膨胀系数与材料的内部结构相关，在材料的晶格结构和原子排列方式不同的情况下，线膨胀系数也会不同。
要测量材料的线膨胀系数，可以使用不同的方法和设备。
下面介绍几种常用的线膨胀系数测量方法：1.膨胀试验器法：这是一种常用的测量线膨胀系数的方法。
这种方法通过将材料制成试样，在恒定温度条件下测量试样长度的变化，从而计算出线膨胀系数。
2.热膨胀计法：这种方法利用了热膨胀计的原理，通过测量试样的长度变化或形变来计算出线膨胀系数。
热膨胀计可以使用不同的原理，如电阻、光学或机械等。
3.拉伸测量法：这种方法使用拉伸试样，并在温度变化时测量试样的长度变化。
通过测量试样的变形和应力，可以计算出线膨胀系数。
4.表面形貌法：这种方法通过观察材料表面形貌的变化来推测材料的线膨胀系数。
这种方法不需要具体的测量设备，但是相对准确度较低。
无论使用哪种方法1.选择合适的试样形状和尺寸。
试样的尺寸和形状应保证能够准确测量长度变化，并具有代表性。
2.控制好温度变化的方式和范围。
要保证温度变化均匀并且在一定范围内，以充分测量材料的膨胀行为。
同时，要避免过大的温度变化引起材料的热失控或损坏。
3.测量仪器的准确性和稳定性。
仪器的精度和稳定性对于测量结果的准确性至关重要。
应保证仪器的校准和维护，并进行合理的测量数据处理和分析。
总之，材料的线膨胀系数测量是一个复杂而重要的过程。
准确测量材料的线膨胀系数可以为工程设计提供重要的参考数据，帮助工程师考虑到温度变化对结构的影响，避免材料的膨胀引起的不必要问题。
不同的测量方法和设备可以根据实际需要选择，但要确保测量过程的准确性和可靠性。
材料线膨胀系数测定
材料线膨胀系数测定杆膨胀测量法是最常用的一种测量方法。
其原理是通过测量金属杆在温度变化下的长度变化来求得杆材料的线膨胀系数。
测量时首先将杆材料固定在装置上，将装置放在恒温槽中，然后通过温度变化使杆材料发生膨胀或收缩，通过对杆材料的长度变化进行测量，再将测量到的长度变化数据与温度变化数据进行对比，就可以求得杆材料的线膨胀系数。
光栅测量法是近年来发展起来的一种新型测量方法。
其原理是通过光栅的干涉原理实现对材料线膨胀系数的测量。
测量时首先将材料制成薄片，将之固定在测量台上。
测量台上放置一组光栅，将光栅分成两个部分。
当材料发生膨胀或收缩时，光栅之间的相位差会发生变化，通过测量光栅之间的相位差的变化，就可以求得材料的线膨胀系数。
电容测量法也是一种常用的测量方法。
其原理是通过在材料上开设两个电容，当材料发生膨胀或收缩时，电容之间的距离会发生变化，从而使得电容的电容值发生变化。
通过测量电容值的变化，就可以求得材料的线膨胀系数。
在进行材料线膨胀系数测定时，需要注意以下几点：1.温度控制：在测量过程中，必须严格控制温度的稳定性，以确保测量结果的准确性。
2.实验设备：需要选择合适的实验设备，包括温度控制装置、测量仪器等。
3.样品制备：样品制备过程中要保证材料的均匀性和准确性，避免造成误差。
4.测量精度：在测量过程中，需要注意仪器的精确度与测量精度，以确保测量结果的准确性。
总之，材料线膨胀系数的测定是材料研究和工程应用中的一个重要参数。
通过选择合适的测量方法和仪器设备，严格控制实验条件，可以获得准确可靠的线膨胀系数数据，为材料设计和应用提供参考依据。
材料线膨胀系数测量
淬火：玻璃成形后快速冷却 精密退火：玻璃成形后缓慢冷却 2. 加热速度对玻璃线膨胀系数的影响 在测定玻璃线膨胀系数时的升温速 度.
玻璃的热历史对玻璃线膨胀系数的影响
玻璃的热历史 对其膨胀系数有 重要的影响.
退火玻璃曲 线发生曲折是由 于温度超过Tg以 后,伴随玻璃转变 发生结构变化,膨 胀更加剧烈.
实际上,无机非金属材料的体积膨胀系数αV 、线膨 胀系数αL并不是一个常数,而是随温度稍有变化,通常 随温度升高而增大.
瞬时线膨胀系数为
无机材料的线膨胀系数一般都不大, 数量级约为10-5-10-6/K.
几种无机材料的热膨胀曲线
• 如果金属在加热或冷却的过 程中发生相变,由于不同组成 的比容差异,将引起热膨胀的 异常,这种异常的膨胀系数为 研究材料中的组织转变提供 了重要的信息.
测定无机非金属材料热膨胀系数常用：千分表法、热机 械法〔光学法、电磁感应法〕、体积法 等.
它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀,通过顶杆将 膨胀传递到检测系统.不同之处在于检测系统.
千分表法是用千分表直接测量试样的伸长量.
光学热机械法是通过顶杆的伸长量来推动光学系统内的反 射镜转动经光学放大系统而使光点在影屏上移动来测定试样的 伸长量.
注：只要材料的膨胀系数小于石英的膨胀系数的处理,如： 金属、 无机非金属、有机材料……,都可用这种膨胀仪测定.
玻璃的线膨胀系数与温度有关.
石英玻璃的平均线膨胀系数〔按以下温度范围取值〕；
5.7×10-7度-1
〔０～３００℃〕
5.9×10-7度-1
〔０～４００℃〕
5.8×10-7度-1
<０～１０００℃>
自制立式膨胀仪
自制立式膨胀仪〔智能型〕
测量金属线膨胀系数的方法
测量金属线膨胀系数的方法金属的膨胀系数是指在单位温度变化下，金属材料单位长度的线膨胀量。
测量金属线膨胀系数的方法有多种，下面将介绍其中几种常用的方法。
1. 热胀冷缩法热胀冷缩法是一种常用的测量金属线膨胀系数的方法。
该方法利用热胀冷缩的原理，通过测量金属材料在不同温度下的长度变化来计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在测量装置上。
（2）然后，将装置置于恒温箱中，并将温度控制在不同的温度下，如20℃、30℃、40℃等。
（3）测量每个温度下金属线的长度，并记录下来。
（4）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
公式为：膨胀系数 = （L2 - L1）/（L1 × ΔT），其中L1为初始长度，L2为不同温度下的长度变化，ΔT为温度变化。
2. 拉伸法拉伸法也是一种常用的测量金属线膨胀系数的方法。
该方法通过施加不同的拉力来测量金属材料在不同温度下的长度变化，进而计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在拉伸装置上。
（2）然后，通过拉伸装置施加不同的拉力，使金属线逐渐延长。
（3）同时，利用测量装置测量金属线的长度，并记录下来。
（4）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
公式为：膨胀系数 = （L2 - L1）/（L1 × ΔT），其中L1为初始长度，L2为不同温度下的长度变化，ΔT为温度变化。
3. 光栅法光栅法是一种利用光栅原理测量金属线膨胀系数的方法。
该方法利用光栅装置对金属线进行光学测量，通过测量金属线在不同温度下的光栅位移来计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在测量装置上。
（2）然后，将光栅装置对准金属线，使光栅的光束垂直射向金属线。
（3）随后，通过调整光栅装置，使光栅与金属线的光斑重合。
（4）测量不同温度下的光栅位移，并记录下来。
（5）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
材料热膨胀系数测定
试样到指定的测试温度，测定试样随温度 线膨胀率是指由室温至试验温度间，样品长度的相对变化率。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。 按公式α=α石英+ΔL/( ×ΔT)计算平均热膨胀系数。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。
测定时，以一定的升温速度，加热试样到指定的测试温度，测定试样随温度变化而发生的伸长量。
度。 其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数两种。
按测试要求选择中、高温系统样品部件，中温(1000℃以下)用石英管、杆；
• α=α +ΔL/(L ×ΔT) （1） 计算机系统分别与温度控制器和位移传感器测控仪连接，其配套的数据采集与处理软件可以自动的采集温度、位移量及对应时间，计
统只在使用刚玉样品部件时用）。 1000℃以下测试用石英管、杆；
其表示方法常分为线膨胀率和线膨胀系数 需要使用气氛时，须先卸下左侧板装上气氛管后再装上左侧板，然后按上述步骤安装样品，接通气源，准备开始实验（本仪器气氛系
统只在使用刚玉样品部件时用）。
两种。测定时，以一定的升温速度，加热 高温（1000℃以上）用刚玉管、杆。
料在该温度区间的平均题膨胀系数为：
V2 V1 V
V1(T2 T1) V1T
▪ 由于体膨胀系数测量较为复杂，有各向同 性与异性之分，具体不展开。
பைடு நூலகம்
三、具体实验原理（线膨胀）
本实验采用接触方式的示差法测热膨胀 系数，具体如下：
▪ 示差法是基于采用热稳定性良好的材料石 英玻璃(棒和管）在较高的温度下，其线膨 胀系数随温度而改变的性质很小。当温度 升高时，石英玻璃与待测试样都会发生膨 胀，但是待测试样的膨胀比石英玻璃管上 同样长度部分的膨胀要大，因而使得与待 测试样相接触的石英玻璃棒发生移动。
实验讲义十五 材料线膨胀系数的测定——示差法
实验十五材料线膨胀系数的测定——示差法概述物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。
在实际应用中，当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数显得尤为重要，如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工，都要求二种材料具备相近的膨胀系数。
在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数；如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。
如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。
因此，测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。
目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法(或称“石英膨胀计法”)、双线法、光干涉法、重量温度计法等。
在所有这些方法中，以示差法具有广泛的实用意义。
国内外示差法所采用的测试仪器很多，有分立式膨胀仪(如weiss立式膨胀仪)和卧式膨胀仪(如HTV型、UBD型、RPZ―1型晶体管式自动热膨胀仪)两种。
有工厂的定型产品，也有自制的石英膨胀计。
些外，双线法在生产中也是—种快速测量法。
本实验采用示差法。
一、实验目的1．了解测定材料的膨胀曲线对生产的指导意义；2．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法，以及测试要点；3．利用材料的热膨胀曲线，确定玻璃材料的特征温度。
二、实验原理一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为厘米╱厘米·度。
假设物体原来的长度为L，温度升高后长度的增加量为∆L，它们之间存在如下关系：∆L╱L＝α1∆t （1）式中，α1称为线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长。
材料热膨胀系数测定
材料热膨胀系数测定材料的热膨胀系数是指材料在温度变化过程中，单位温度变化引起的长度、体积或密度的变化速率。
当物体处于不同温度下时，由于温度的变化会导致物体的尺寸变化，这在工程领域中是非常常见的现象。
例如，建筑物、桥梁、飞机和汽车等实际工程结构都面临着温度变化所引起的热膨胀问题。
如果不了解材料的热膨胀系数，就很难进行结构设计和工程施工，因此研究材料的热膨胀系数对于工程应用具有重要意义。
一、材料热膨胀系数测定方法1.线膨胀系数的测定：线膨胀系数是指单位长度的材料在温度变化下的长度变化。
常用的方法有：a)膨胀条法：该方法是将待测材料制成一条长条状，放置在一定长度的测量装置中，通过加热或降温，测量其长度变化来计算线膨胀系数。
b)光杠杆法：该方法利用光学原理测量材料的长度变化。
通过将射入材料的光束通过反射或折射，在材料加热或降温的过程中，测量光束的偏转角来反映材料的长度变化。
c)压电晶体法：该方法利用压电晶体的性质，通过在晶体的应力变化下，测量晶体上的电压变化从而计算线膨胀系数。
2.体膨胀系数的测定：体膨胀系数是指单位体积的材料在温度变化下的体积变化。
常用的方法有：a)定容法：该方法是将待测材料置于一个容器中，通过加热或降温，测量其体积的变化来计算体膨胀系数。
b)浮力法：该方法利用浸泡在液体中的待测材料，通过测量液体中的浮力随温度的变化，来计算体膨胀系数。
c)数字全息的投影干涉法：该方法通过在待测材料上投射一个数字全息，利用干涉条纹的变化来测量材料的体膨胀系数。
二、热膨胀系数的测量技术的应用领域1.建筑物结构设计：在建筑物的设计和施工中，需要考虑到材料的热膨胀系数。
例如，当建筑物处于高温季节时，材料会膨胀，如果没有合理的设计，可能导致建筑物的结构损坏。
2.桥梁工程：在桥梁工程中，不同材料的热膨胀系数可能不同，如果不考虑这种差异，桥梁可能会由于温度变化而产生应力集中，从而导致结构的破坏。
因此，了解不同材料的热膨胀系数对桥梁工程的结构设计非常重要。
测定固体材料线膨胀系数的一种方法
测定固体材料线膨胀系数的一种方法
固体材料的线膨胀系数是指在温度变化时，单位长度的材料长度变化量与初始长度之比。
测定固体材料线膨胀系数的一种方法是通过热膨胀实验。
具体操作步骤如下：
1. 将待测样品放置在恒温槽中，使其达到与环境相同的温度。
2. 在样品上标出长度刻度，并在刻度处固定两个测量针。
3. 将恒温槽温度升高一定数值，记录此时两个测量针之间的距离。
4. 重复步骤3，直到温度升高到所需范围。
5. 根据记录的温度和距离数据，计算出每个温度点的线膨胀系数。
6. 将计算得到的线膨胀系数绘制成温度-线膨胀系数曲线，以此来描述材料在不同温度下的膨胀行为。
需要注意的是，在进行热膨胀实验时，要采取措施消除误差，如保证测量针的均匀分布、减小恒温槽内的温度梯度等。
此外，不同材料的线膨胀系数有所差异，因此在进行比较时应选择同一种材料进行对比。
- 1 -。
5材料热膨胀系数的测量
5材料热膨胀系数的测量材料热膨胀系数的测量⼀、实验⽬的1、掌握PCY-3-1000型顶杆热膨胀仪的使⽤和软件操作；2、使⽤热膨胀仪测量不同材料的线膨胀系数。
⼆．实验原理材料线膨胀系数是物质的基本热物理参数之⼀，是表征材料性质的重要特征量。
准确的测量材料线膨胀系数，对于基础科学研究、技术创新、⼯程应⽤都具有重要的意义。
最近⼏年，世界各国对材料线膨胀系数的测量建⽴了⼤量的测试⽅法与装置，例如激光⼲涉膨胀仪、顶杆膨胀仪、衍射膨胀装置、显微膨胀装置和瞬态法等。
通过⽐对，这些⽅法各有其优缺点，在实际⽣活⽣产中，我们根据不同的需要来选择不同的⽅法。
本实验是⽤顶杆法测量材料的线膨胀系数。
线膨胀系数定义为物体在温度上升1℃时所增加的长度和原来长度之⽐，即： Tl l ??=α实验证明，不同材料的线膨胀系数是不同的，且同种材料在不同温度时的线膨胀系数也是不同的。
通过实验测出物体伸长量?l 和温度增加量?T ，就可以算出线膨胀系数α。
PCY-3-1000型顶杆热膨胀仪的样品室⽰意图如下：电炉升温后炉膛内的试样发⽣膨胀，顶在试样端部的测试杆产⽣与之等量的膨胀量（如果不计系统的热变形量），这⼀膨胀量由电感位移计精确测量出来，并由仪表显⽰且送计算机处理。
因为仪器在实验升温的过程中，试样架、位移顶杆本⾝在温度作⽤下也会产⽣⼀定的位移，造成实验过程中的位移误差，因此需要考虑系统的补偿值。
则膨胀系数为： T l k l t ?-?=α补偿值k t应只是试样架及测试杆在相应温度下的综合膨胀值，所以应将试样在相应温度下的膨胀值，从测试数据中相应温度下的膨胀量中扣除后剩下的膨胀量即为仪器在相应温度下的补偿值k t。
计算机和仪表显⽰的位移单位均为µm，计算机数据处理后显⽰的α值是通过⾃动系统补偿的计算结果。
三、实验内容和步骤1、仪器上电在仪器外部各线缆接好确认⽆误后，合上电源开关总闸，旋动仪器上的“电源开关”，此时仪器上电源指⽰灯点亮（红⾊指⽰灯），各仪表上电⾃检。
物理金属线膨胀系数测量实验报告
物理金属线膨胀系数测量实验报告一、实验目的1、掌握用光杠杆法测量金属线膨胀系数的原理和方法。
2、学会使用千分尺、游标卡尺等长度测量工具。
3、加深对热膨胀现象的理解，培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理当固体温度升高时，由于原子的热运动加剧，固体的长度会增加，这种现象称为线膨胀。
对于长度为 L₀的均匀固体，在温度升高ΔT 时，其伸长量ΔL 与原长 L₀、温度变化量ΔT 以及线膨胀系数α 之间的关系为：ΔL ＝ L₀αΔT线膨胀系数α 是表征材料热膨胀特性的物理量，单位通常为 1/℃。
本实验采用光杠杆法测量金属的线膨胀系数。
光杠杆是一个附有反射镜的三脚架，其前脚固定在待测金属杆的一端，后脚放置在一个可调节的平台上，镜子与金属杆平行。
当金属杆受热伸长时，通过光杠杆将微小的长度变化放大为反射光在标尺上的较大位移。
设光杠杆的前脚到后脚的距离为 b，反射镜到标尺的距离为 D，金属杆的伸长量为ΔL，反射光在标尺上的位移为Δn，则有：ΔL ＝（b/2D)Δn将其代入ΔL ＝ L₀αΔT 中，可得：α ＝2DΔn ／（L₀bΔT)三、实验仪器1、线膨胀系数测定仪：包括加热装置、待测金属杆、光杠杆、温度计等。
2、千分尺：用于测量金属杆的直径。
3、游标卡尺：测量光杠杆前后脚的距离 b。
4、米尺：测量反射镜到标尺的距离 D 和金属杆的原长 L₀。
5、望远镜和标尺：用于读取反射光在标尺上的位移Δn。
四、实验步骤1、用米尺测量金属杆的原长 L₀和反射镜到标尺的距离 D，多次测量取平均值，减小误差。
2、用游标卡尺测量光杠杆前后脚的距离 b，同样多次测量取平均值。
3、用千分尺在金属杆的不同位置测量其直径，测量多次并计算平均值。
4、将光杠杆的前脚固定在金属杆的一端，调节光杠杆的后脚，使镜子与金属杆平行，并使望远镜中的标尺像清晰。
5、接通加热装置电源，开始加热金属杆。
同时观察温度计的示数，每隔一定温度（如 10℃）记录一次望远镜中标尺的读数。
材料线膨胀系数测量
材料线膨胀系数测量材料的线膨胀系数是指材料在温度变化时单位温度变化引起的单位长度变化。
它是一个反映材料热膨胀性能的重要参数，对于材料的设计和应用非常关键。
本文将介绍材料线膨胀系数的测量方法及其应用。
测量方法：材料线膨胀系数的测量通常会采用热膨胀仪或光栅测量系统。
其中，热膨胀仪主要通过测量材料在不同温度下的长度来计算线膨胀系数。
而光栅测量系统则是利用光栅的原理，通过测量材料表面的位移来计算材料的线膨胀系数。
热膨胀仪的测量步骤如下：1.准备样品：选取需要测量线膨胀系数的材料样品，并进行表面处理，确保材料表面光滑和平行度要求。
2.搭建测量系统：将样品固定在测量装置上，并将热电偶连接到材料的制样区域以测量温度变化。
3.温度控制：设置初始温度，并根据实验需要进行温度逐渐升高或下降。
4.记录长度变化：在温度变化过程中，通过位移传感器或测微仪测量样品的长度变化。
5.计算线膨胀系数：根据样品的长度变化和温度变化，利用公式计算出材料的线膨胀系数。
光栅测量系统的测量步骤如下：1.准备样品：与热膨胀仪的测量步骤相同。
2.接入光栅系统：将光栅传感器固定在样品的一侧，并保持光栅的相对位置不变。
3.记录位移变化：在温度变化过程中，通过光栅传感器测量样品表面的位移变化。
4.计算线膨胀系数：根据位移变化和温度变化，利用光栅原理计算出材料的线膨胀系数。
应用：1.材料选型：在设计产品时，需要考虑材料的热膨胀性能，以避免因温度变化导致的变形和破裂。
2.结构设计：材料线膨胀系数的测量结果可以用于预测结构在温度变化时的变形，从而对结构进行合理设计。
3.工程测量：在工程测量中，能够准确测量材料的线膨胀系数有助于工程测量中的温度校正。
综上所述，材料线膨胀系数的测量是一个重要的过程，通过热膨胀仪或光栅测量系统可以准确测量材料在温度变化下的长度变化，并计算出材料的线膨胀系数。
这一参数对于材料设计和应用都具有重要的意义。
不同金属材料的热膨胀系数测量方法
不同金属材料的热膨胀系数测量方法随着工业和科技的不断发展，金属材料在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
然而，在工程和设计中，我们需要了解不同金属材料在温度变化下的热膨胀性能。
本文将介绍不同金属材料的热膨胀系数的测量方法。
一、线膨胀法线膨胀法是测量金属材料热膨胀系数最常用的方法之一。
它基于金属材料在温度升高时产生的长度变化。
具体操作如下：1. 准备一根足够长的金属样品，样品的长度应在实验所需的温度范围内具有明显的线膨胀效应。
2. 将样品固定在一固定的支架上，并在其一端安装一测量装置，如测量计或光电编码器。
3. 在实验室的恒温环境中进行实验，温度控制装置可用于控制样品的温度。
4. 逐渐升高样品的温度，并通过测量装置记录样品长度的变化。
5. 通过测量长度的改变和温度的变化，计算出金属材料的热膨胀系数。
二、差值法差值法是另一种常见的测量金属材料热膨胀系数的方法。
该方法通过测量金属材料与参考材料之间的长度差异来计算热膨胀系数。
下面是具体的步骤：1. 准备一个长度稳定的参考材料，其热膨胀系数已知。
2. 准备金属材料样品，并将其与参考材料以恒定力度固定在一起。
3. 将样品和参考材料组合置于温度控制装置中。
4. 逐渐升高温度，测量样品和参考材料之间的长度差异。
5. 通过参考材料的已知热膨胀系数，计算出金属材料的热膨胀系数。
三、插尺法插尺法是一种相对简单的测量金属材料热膨胀系数的方法。
该方法基于插尺的材料和金属材料在温度变化下的长度变化。
以下是插尺法的步骤：1. 准备一个长度稳定的插尺，并将其与金属材料并置。
2. 将插尺和金属材料组合置于温度控制装置中。
3. 逐渐升高温度，测量插尺和金属材料的长度变化。
4. 通过测量插尺和样品的长度变化，计算出金属材料的热膨胀系数。
总结：以上是几种常见的测量不同金属材料热膨胀系数的方法。
线膨胀法、差值法和插尺法都有各自的优缺点，选择适合实验需求的方法非常重要。
在实际应用中，根据金属材料的特性和实验条件，应综合考虑使用不同的方法进行测量，以获得准确可靠的结果。
《线胀系数的测量》实验报告
《线胀系数的测量》实验报告一、 实验原理经验表明，在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量tL L ∆=∆α其中，α为固体的线膨胀系数。
为了测量它，我们将材料做成条状或杆状。
测量出温度为t 1时杆长L 、受热后温度达t 2时的伸长量ΔL 和受热前后的温度t 1和t 2，于是得到：()12t t L L -∆=α现在用光杠杆测量ΔL 。
装置几何图示如右： 由图中可以看到：Bn n 122tan -=ϑ当角度很小时，近似有ϑϑ22tan≈，又有b L ∆≈ϑ，所以()Bb n n L 212-=∆于是得到用光杠杆发测量材料线胀系数的公式为()()12122t t LB bn n --=α式中，L 为室温下材料杆原长，用50分度的游标卡尺测量；B 为平面镜镜面至标尺的距离，用钢尺测量；b 为光杠杆前足连线与后尖足之间的距离，也用钢尺测量；t 1和t 2为加热前后材料的温度，用水银温度计测量；n 1和n 2为加热前后从望远镜中看到的标尺读数。
二、实验任务测量铜杆和铝杆在室温至100℃温区范围的线胀系数α。
本实验利用沸腾时水的蒸气来加热金属杆，并用以保持末温不变三、实验步骤1．安装及调整线膨胀仪、光杠杆和望远镜。
2．测量实验原理中所述各个参数，记录t1和n1。
3．利用水蒸气对杆进行加热，在温度达到100℃左右并保持3min至4min，记录t2和n2。
四、数据表格线膨胀仪编号： 9 ；光杠杆编号： 9 ； b= 2.68 ㎜不确定度分析（已计算并写在上面表格中）Cmm mm mm mm tt L B b n n t t n n b B L t t L B b n n ︒=∆=∆=∆=∆=∆⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆+⎪⎭⎫⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=⎪⎭⎫⎝⎛∆----0.10.15.03020.0121212122122222122其中，αα。
基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数的测定
基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数的测定引言：固体材料的线膨胀系数是一个重要的物理参数，它描述了材料在温度变化时的尺寸变化情况。
准确测定固体材料的线膨胀系数对于材料设计、工程应用以及科学研究具有重要意义。
本文将介绍基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数测定方法，并探讨其应用前景。
一、霍尔效应的原理霍尔效应是指在磁场中通过一块导电材料时，由于磁场的存在，导电材料内部会产生垂直于电流方向和磁场方向的电势差。
该电势差被称为霍尔电压，其大小与导电材料的载流子类型、密度以及磁场的强度有关。
霍尔效应的原理为我们研究固体材料的线膨胀系数提供了一种新的方法。
二、基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数测定方法1. 实验装置搭建为了测定固体材料的线膨胀系数，我们需要搭建一个实验装置。
该装置包括一个恒温箱、一个磁场产生器、一个霍尔电压测量仪和一个固体材料样品。
2. 实验步骤将固体材料样品放入恒温箱中，并将恒温箱的温度调整到所需的实验温度。
然后，打开磁场产生器，产生一个恒定的磁场。
接下来，在固体材料样品上施加一个恒定的电流，并通过霍尔电压测量仪测量霍尔电压的大小。
3. 数据处理根据霍尔电压的大小，我们可以计算出固体材料的霍尔系数。
然后，通过测量固体材料在不同温度下的霍尔系数，可以得到固体材料的线膨胀系数。
三、基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数测定的应用前景1. 材料设计与工程应用准确测定固体材料的线膨胀系数对于材料设计和工程应用具有重要意义。
通过测定固体材料的线膨胀系数，可以选择合适的材料用于不同温度环境下的工程项目，并预测材料在温度变化时的尺寸变化。
2. 科学研究固体材料的线膨胀系数是研究材料性质和行为的重要参数之一。
通过基于霍尔效应的测定方法，可以准确测量固体材料的线膨胀系数，为科学研究提供有力的支持。
结论：基于霍尔效应的固体材料线膨胀系数测定方法具有简单、准确的特点，对于材料设计、工程应用以及科学研究具有重要意义。
该方法的应用前景广阔，有望在材料领域发挥重要作用。
金属线膨胀系数的测量实验报告
金属线膨胀系数的测量实验报告金属线膨胀系数的测量实验报告引言：金属材料的热膨胀是热学领域中一个重要的性质，也是工程应用中需要考虑的因素之一。
金属材料在受热时会发生膨胀，而在被冷却时会发生收缩，这种现象被称为热膨胀。
热膨胀系数是描述金属材料热膨胀性质的一个重要参数，它表示单位温度变化时金属材料长度变化的比例。
实验目的：本实验旨在通过测量不同金属线材料在不同温度下的长度变化，计算出各金属的膨胀系数，并研究不同金属的热膨胀性质。
实验原理：实验中使用了几种常见的金属线材料，包括铜线、铁线和铝线。
根据热膨胀原理，我们可以通过测量金属线在不同温度下的长度变化，计算出其膨胀系数。
实验步骤：1. 准备工作：将实验室温度调整到稳定状态，并确保实验器材处于常温状态。
2. 安装测量装置：将金属线固定在测量装置上，确保金属线的长度可以自由伸展。
3. 测量初始长度：使用游标卡尺等测量工具，测量金属线的初始长度，并记录下来。
4. 加热金属线：将测量装置放置在恒温水槽中，并逐渐加热水槽的温度。
5. 测量长度变化：在不同温度下，使用测量工具测量金属线的长度，并记录下来。
6. 数据处理：根据测量结果，计算出各金属线的膨胀系数，并进行数据分析。
实验结果与分析：通过实验测量得到的数据，我们可以计算出各金属线的膨胀系数。
根据经验公式：膨胀系数 = （L2 - L1）/（L1 * ΔT）其中，L1为初始长度，L2为测量长度，ΔT为温度变化值。
以铜线为例，我们在不同温度下测量得到的长度变化数据如下：温度（摄氏度）长度变化（mm）20 030 0.0540 0.1050 0.15通过计算，我们可以得到铜线的平均膨胀系数为0.000016/℃。
同样的方法，我们可以计算出铁线和铝线的膨胀系数。
进一步分析发现，铜线的膨胀系数较大，说明铜具有较强的热膨胀性质；而铁线的膨胀系数较小，说明铁的热膨胀性质相对较弱。
这与我们在日常生活中的观察是一致的，因为铜制品常用于热传导较快的场合，而铁制品常用于需要保持稳定形状的场合。
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材料线膨胀系数测量
设试体为一立方体，边长为L 。当温度从T1上升到T2时， 体积也从V1上升到V2 ，体膨胀系数
由于膨胀系数一般比较小，可忽略高阶无穷小。取一级近似：
β= 3α
在测量技术上，体膨胀比较难测，通常应用以上关系来 估算材料的体膨胀系数β，已足够精确。
材料线膨胀系数测量
2. 线膨胀系数（αL）：
这就需要研究化学成分和组织结 构对合金膨胀系数的影响。
• 根据原子热振动概念的热容理论，格留涅辛进行计算。在没有相变时，膨胀 系数随温度的升高连续增大。
• 但对铁、钴、反常。
• 其中镍和钴的膨胀系数实验值高于理论值，如图5-17所示，称为正反常，而 铁的实验值低于理论值，称为负反常。
目录
一．目的意义 二．材料的热膨胀系数 三．材料热膨胀系数的检测方法 四．示差法的测定原理 五．实验过程 六．主要影响因素讨论 七．实验数据处理
材料线膨胀系数测量
一．目的意义
• 热膨胀
物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨 胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的 一个重要指标。
在实际工作中一般都是测定材料的线热膨胀系数。所以对于普 通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数。
线膨胀系数是指温度升高1℃后，物体的相对伸长。
设试体在一个方向的长度为L 。当温度从T1上升到T2时，长 度也从L1上升到L2 ，则平均线膨胀系数
材料线膨胀系数测量
实际上，无机非金属材料的体积膨胀系数αV 、线 膨胀系数αL并不是一个常数，而是随温度稍有变化， 通常随温度升高而增大。
1. 体积膨胀系数（αV）：
相当于温度升高1时物体体积的相对增 大值。
由于总有内能存在，物质的每个粒子都 在振动。
当物质受热时，由于温度升高，每个粒子 的热能增大，导致振幅也随之增大，由（非简谐） 力相互结合的两个原子之间的距离也随之增大， 物质就发生膨胀。
物质的热膨胀是由非简谐（非线性）振
动引起的。
ΔL / L0 = al Δt 试样规格为直径3-8mm，长度10-20mm的圆棒。
材料线膨胀系数测量
立式膨胀仪是将试样 安放在一端封闭的石英管 底部，使其保持良好的接 触，试样的另一端通过一 个石英顶杆将膨胀引起的 位移传递到千分表上，即 可读出不同温度下的膨胀 量。
材料线膨胀系数测量
• 相变研究是材料科学中的一项 基础研究工作，而相变临界点 的测定对于每一个新钢种（或 合金）总是不可缺少的。
• 以钢铁为例，由于在加热和冷 却过程中存在同素异构转变， 产生明显的体积效应，因而采 用膨胀的测量来确定变相温度 是一个很有效的方法。根据膨 胀曲线来确定钢中a r 转变 温度。
• 提高材料的热稳定性 降低材料的线膨胀系数，提高材料的热稳定性，提高材料的使用
安全性。
• 提高材料的强度
如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种
材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一中间膨胀值，从
而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，
恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。
材料线膨胀系数测量
目的意义
• 合理使用材料
精密仪器（小型、大型），选用膨胀系数小的材料 例：大型加工机械
水泥路面 钢铁大桥 水泥大桥 大型建筑物
……
因此，测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。
材料线膨胀系数测量
二．材料的热膨胀系数
材料的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨 胀。热膨胀通常用热膨胀系数表示。
例：夹层玻璃
材料线膨胀系数测量
目的意义
• 焊接或熔接 当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，都要求二种材料具备相近
的膨胀系数。
如两种不同金属的焊接，玻璃仪器的焊接加工，在电真空工业和 仪器制造工业中广泛地将非金属材料（玻璃、陶瓷）与各种金属焊接， 也要求两者有相适应的热膨胀系数。
如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不 同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会 导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。
• 研究金属热膨胀的另一方面 兴趣来自于仪表对材料热膨 胀性能的特殊要求。
例如，作为尺寸稳定零件的微波 设备谐振腔、精密计时器和 宇宙航行雷达天线等，都要 求在气温变动范围内具有一 定的膨胀系数的合金；电真 空技术中为了与玻璃、陶瓷、 云母、人造宝石等气密封接 要求具有很低膨胀系数的合 金；用于制造热敏性元件的 双金属却要求高膨胀合金。
十九世纪到现在，人们创造了许多测定方法。上世纪60年代出现了激 光法，出现了用计算机控制或记录处理测定数据的测量仪器。
测定无机非金属材料热膨胀系数常用：千分表法、热机 械法（光学法、电磁感应法）、体积法 等。
它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀，通过顶杆 将膨胀传递到检测系统。不同之处在于检测系统。
瞬时线膨胀系数为
无机材料的线膨胀系数一般都不大， 数量级约为10-5-10-6/K。
材料线膨胀系数测量
材料线膨胀系数测量
几种无机材材料料线膨的胀系数热测量膨胀曲线
材料线膨胀系数测量
材料线膨胀系数测量
材料线膨胀系数测量
• 如果金属在加热或冷却的过 程中发生相变，由于不同组 成的比容差异，将引起热膨 胀的异常，这种异常的膨胀 系数为研究材料中的组织转 变提供了重要的信息。
1. 取热膨胀曲线上偏离纯热膨胀 的点a、c 对应的温度为转变点。 b、d对应的温度为转变点。
2. 取加热与冷却曲线上的四个极 值点a’、 b’ 、d’ 、 c’对应的温 度为转变点。
材料线膨胀系数测量
三．材料热膨胀系数的检测方法
人类很早（十八世纪）就测定固体的热膨胀。当时的测定装置很原 始：水平放置约15厘米长的试样，下面点燃几支蜡烛加热，通过齿轮机 构放大来确定试样长度的变化。
材料线膨胀系数测量
千分表法是用千分表直接测量试样的伸长量。
光学热机械法是通过顶杆的伸长量来推动光学系统内的反 射镜转动经光学放大系统而使光点在影屏上移动来测定试样的 伸长量。
电磁感应热机械法是将顶杆的移动通过天平传递到差动变压 器，变换成电讯号，经放大转换，从而测量出试样的伸长量。 根据试样的伸长量就可计算出线膨胀系数。