金属线胀系数的测定

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金属线胀系数的测量

实验十九金属线胀系数的测量【金属线胀系数】金属杆的长度一般是温度的函数, 在常温下, 固体的长度L 与温度t 有如下关系:()01L L t α=+ （19-1）式中为固体在t ＝0℃时的长度；称为线胀系数。

其数值与材料性质有关, 单位为℃－1。

要测量线胀系数 , 需测量不同温度下金属杆的长度。

【实验仪器】线胀系数测定仪（附光杠杆）, 望远镜直横尺, 钢卷尺, 蒸汽发生器, 气压计（共用）, 温度计（50～100℃, 准确到0.1℃）, 游标卡尺。

【实验方案】设物体在t1℃时的长度为L, 温度升到t2℃时增加了ΔL 。

根据（19-1）式可以写出()01L L t α=+ （19-2）()021L L L t α+∆=+ （19-3）从（19-2）、（19-3）式中消去L0后, 再经简单运算得由于 , 故（19-4）可以近似写成显然, 固体线胀系数的物理意义是当温度变化1℃时,固体长度的相对变化值。

在（5）式中, L 、t1.t2都比较容易测量, 但很小, 一般长度仪器不易测准, 本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其进行测量。

关于光杠杆和望远镜标尺组测量微小长度变化原理可以根据如图1所示进行推导, 详细原理见实验五（杨氏模量的测定）。

【实验注意事项】1.实验系统调好后, 一旦开始测量, 在实验过程中绝对不能对系统的任一部分进行任何调整。

否则, 所有数据将重新再测.2、注意保护平面镜和望远镜, 不能用手触摸镜面.【实验目的】掌握利用光杠杆测定线胀系数的方法。

【实验内容与步骤】1.在室温下, 用米尺测量待测金属棒的长度L三次, 取平均值。

然后将其插入仪器的大圆柱形筒中。

注意, 棒的下端点要和基座紧密接触。

2、插入温度计, 小心轻放, 以免损坏。

3.将光杠杆放置到仪器平台上, 其后脚尖踏到金属棒顶端, 前两脚尖踏入凹槽内。

平面镜要调到铅直方向。

望远镜和标尺组要置于光杠杆前约1米距离处, 标尺调到垂直方向。

金属线胀系数的测定

实验四利用直读式测量仪测定金属的线胀系数【实验目的】利用直读式测量仪测量金属棒的线胀系数；【实验仪器】DH4608金属热膨胀系数试验仪、不锈钢管、钢卷尺【实验原理】已知金属的线胀方程为: , 其中是金属在00C 时的长度。

当温度为时,当温度为时, 设金属棒伸长量为 , 则有: 两式相减得： , 其中为金属的线胀系数。

实验时, 利用DH4608金属热膨胀系数试验仪, 每5℃设定一个控温点, 利用热电偶记录样品上的实测温度和千分尺上的变化值。

根据数据和 , 画出（作y 轴）－（作x 轴）的曲线图, 观察其线型性, 并利用图形求出斜率, 计算样品（不锈钢管）的线胀系数。

【实验步骤】1.将试验样品（不锈钢管）固定在实验架上, 注意挡板要正对千分尺；2.调节千分尺和挡板的位置, 保证两者无间隙且千分尺有足够的伸长空间；3.打开电源和水泵开关, 每5℃设定一个控温点, 记录样品的实测温度和千分尺上的变化值。

实际操作时, 由于千分尺的指针在不停地转动, 所以在设定的控温点不易准确读数, 从而导致样品加热后的伸长量测量不准确。

具体操作可改为: 在加热过程中, 当观察到千分尺的指针转动匀速时, 在千分尺上设定一个记录起点（比如0格）, 记下此时的温度值和数字电压表上的示值作为第一组实验数据。

以后每当千分尺的指针转过50格（或30格）记录一组温度值和数字电压表上的示值, 填入设计的记录表中。

实验结束后再根据铜—康铜热电偶分度表将数字电压表上的示值转换为温度值作为试验样品的实际温度。

4、根据数据和 , 画出（作y 轴）－（作x 轴）的曲线图, 观察其线型性。

5、利用图形求出斜率, 计算样品的线胀系数（ , 为斜率, 近似为室温下金属棒的有效长度）。

【数据记录举例】固体线胀系数测定数据记录表测量样品: 紫铜管φ10mm ×593mm i温度计读数实测温度ti千分尺读数l i30.0 ℃ 1.17mV （ 29.5℃ ） 0.000 593.0001、电热偶安装座；2、待测样品；3、挡板；4、千分尺 )1(10at l l +=附录：。

实验金属线胀系数的测量

【实验目的】学习利用光杠杆测量金属棒的线胀系数。

【实验仪器】金属线胀系数测量仪光杠杆金属测量棒【实验原理】金属固体的长度一般随温度的升高而增长，其长度L和温度t之间的关系为L=L0（1+t+t+…）(1)式中L0为温度t=0℃时的长度，、、…是和被测物质有关的常数，都是很小的数值。

而以下各系数和相比甚小，所以在常温下可以忽略，则（1）式可写成L=L0（1+t）（2）此处就是通常所称的线胀系数，单位℃-1。

设物体在温度t1（单位℃）时的长度为L，温度升到t2（单位℃）时，其长度增加，根据（2）式，可得L=L0（1+t1）L+=L0（1+t2）由此二式相比消去L0，整理后得出= —————————L（t2- t1）-t1由于和L相比甚小，L（t2- t1）＞＞t1，所以上式可近似写成= —————————（3）L（t2- t1）由上式可知，测量线胀系数的主要问题是怎样测准温度变化引起长度的微小变化量。

本实验是利用光杠杆测量微小长度的变化。

如图所示，实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属加热筒中，将光杠杆的后足尖置于金属棒上端，二前足置于固定的台上。

设在温度为t1时通过望远镜和光杠杆的平面镜，看见直尺上的刻度a1刚好在望远镜中叉丝横线（或交点）处。

当温度升至t2时，直尺上刻度a2移至叉丝横线上，根据光杠杆原理，有（a2- a1）d1= ————————————（4）2 d2式中d2为光杠杆镜面至直尺的距离，d1为光杠杆后足尖到二前足尖连线的垂直距离。

将（4）式代入（3），则（a2- a1）d1= —————————（5）2 d2 L（t2- t1）【实验内容和步骤】1、用米尺测量金属棒长度L之后，将其插入线胀系数测定仪的加热筒中，棒的下端要和基座紧密相接，上端露在筒外。

2、安装温度计。

插温度计时要小心，切勿碰撞，以防损坏。

3、将光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属棒的顶湍上。

二前足放在平台的凹槽里。

金属线胀系数的测量

金属线胀系数的测量1.引言金属材料在物理环境的变化下会产生热胀冷缩的效应，因此，在工业生产和实验研究中要考虑到材料的热膨胀性能。

其中，线膨胀系数是衡量物质在长度方向上的热膨胀的指标。

本文探讨了金属线胀系数的测量方法及其应用。

2.线膨胀系数的定义和计算公式线膨胀系数是指材料在温度变化下单位长度的变化量，通常用α表示。

线膨胀系数可以根据材料的特性来计算，具体计算公式如下：α=ΔL/(L0×ΔT)其中，ΔL表示线材的长度变化量，L0表示线材的初始长度，ΔT表示温度的变化量。

线膨胀系数的单位通常是m/m °C。

3.1 编织网法编织网法是一种相对简单的测量线膨胀系数的方法。

具体操作如下：①先制作一块编织网，其网孔大小应该适合于线膨胀系数的测量。

编织网可用铜网或不锈钢网制作。

②将待测样品嵌入编织网中，并将两端固定在支架上。

③取一个温度计将其固定在样品的中央位置。

④将样品和温度计放入恒温器中，升温至所需温度，使样品达到稳态。

⑤记录样品的长度变化量和温度变化量。

⑥根据线膨胀系数的计算公式计算材料的线膨胀系数。

3.2 拉伸法拉伸法需要使用精密的仪器和设备，比编织网法的测量精度要高。

具体操作步骤如下：①将待测样品插入到仪器的卡槽中，两端各钳紧一个夹具。

②加热样品，同时保持夹具上下的温度相同。

③在进行加热的同时，由于样品被卡在夹具中，因此在材料的线膨胀系数作用下，样品将在长度方向上扩张。

3.3 差异法①将两根相同的样品A和B固定在两个不同的支架上，相隔一段距离，保证两个试样上下温度相等。

②用导线将两个样品连接到直流稳压源上，将其通过电路连接起来。

③在稳定的电流过程中，对试样进行加热，此时会存在两个样品长度的差异，通过测量差异长度就可以计算出材料的线膨胀系数。

4. 线膨胀系数的应用① 材料选择：根据材料的线膨胀系数，可以选择在升温或降温过程中性能更稳定的材料。

② 构件设计：针对长大膨胀系数较大的构件，在其设计中要考虑到升温对构件的影响。

热学实验1 金属线膨胀系数的测定

实验一金属热膨胀系数的测量物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。

通常在外界压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。

也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。

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。

对晶体而言，其热膨胀还有各相异性；如石墨受热时，沿某些方向膨胀，而沿另一些方向则收缩。

金属是晶体，它们是由许多晶粒构成的，而且这些晶粒在空间方位上的排列是无规则的，所以，金属整体表现出各相同性，或称它们的线膨胀在各个方向均相同。

因此可以用金属在一维方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。

虽然金属的热膨胀非常微小，但由于使物体发生很小形变时就需要很大的应力。

这个特性在工程结构的设计，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到这一因素。

【实验目的】1．了解FD-LEA 金属热膨胀系数实验仪的基本结构和工作原理。

2．掌握千分表和温度控制仪的使用方法。

3．掌握测量金属线热膨胀系数的基本原理，测量铁、铜、铝等的线膨胀系数。

4．学习用图解图示法处理实验数据，并分析实验误差。

【实验原理】在一定温度范围内，原长为0L （在0t ＝0℃时的长度）的物体受热温度升高时，一般固体由于原子或分子的热运动加剧而发生热膨胀，在t （单位℃）温度时，伸长量L ∆，它与温度的增加量t ∆近似成正比，与原长0L 也成正比，即：t L L ∆⨯⨯=∆0α （1）此时总长为：L L L t ∆+=0 （2）式中α为固体的线膨胀系数，它是固体材料热性能的物理量。

在温度变化不大时，α是一个常数，可由式（1）和（2）得：tL L t L L L t ∆⋅∆=∆-=1000α （3）上式中，α的物理意义：在一定温度范围内，当温度每升高1℃时，物体的伸长量L ∆与它在0℃时的原长0L 成正比。

α是一个很小的量，附录中列有几种常见的固体材料的α值。

实验四_金属线胀系数测定

实验四金属线胀系数的测定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，在材料的加工中，都应考虑到，否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。

材料的线膨胀系数是材料受热膨胀时，在一维方向上的伸长，线胀系数是选用材料的一项重要指标。

本实验采用光杠杆的原理来测量微小量。

【实验目的】1．掌握测定金属杆线膨胀系数的方法。

2．掌握用光杠杆测量微小伸长量的原理。

【实验仪器】GXZ —2金属线胀系数仪、光杠杆、米尺、望远镜、游标卡尺、待测金属杆。

【仪器简介】仪器结构GXZ —。

使用方法 1、GXZ —2金属线胀系数仪的电压控制部分及温度控制部分都由“PID 温度控制器”控制。

温度的测量采用的是温度传感器,温度传感器与“PID 温度控制器”连接在一起,温度通过“PID 温度控制器”控制,保险管安装在电源插座内。

“PID 温度控制器”具体操作步骤：首先将金属线胀系数仪温度传感器和加热带的线与PID 温度控制器连接好，插好电源线，打开电源开关，温度控制器的数码管亮，便可按需要开始设置。

a ．使用软件锁：要防止设置的参数被其它人更改，可使用软件锁功能。

设置方式：按住“SET ”键约3秒钟以上待测量显示窗显示“LC ”时松开，再按“△”或“▽”键，下排显示窗显示“OFF ”时表示加锁，显示“ON ”时表示不加锁。

b ．设置“控制”值：在软件锁打开的状态下，按照所需值，例如所需控制温度为90℃，则使下排数码管显示改变至“90”即可。

c ．设置“误差修正”值：当确定包括传感器在内的控制系统出现误差而不能与更高精度等级的测量装置取得一致结果时，可使用“修正”功能，以取得一致。

设置方式：按“SET ”键约3秒钟，至测量显示窗显示为“5C ”时松开，再按“△”或“▽”键在误差修正范围内设置一个与误差方向相反的相同值即可。

d ．需要加热时，将加热开关打向上，加热带带电，同时指示灯亮。

实验六金属线胀系数的测定

实验六金属线胀系数的测定一、实验目的1．学习千分表的使用方法。

2．了解温度传感器Pt100的原理及特性。

3．掌握测量金属线膨胀系数的原理和方法。

4. 学习用最小二乘法（或者用逐差法）处理实验数据的方法和技巧。

二、仪器与用具THQJZ-1型金属线膨胀系数测量实验仪。

图6.1（1）仪器与用具总图图解：金属棒受热膨胀时的微小伸长量用千分表测量。

图6.2（1）千分表测量长度变化示意图图6.3（1）加热输出、温度控制与测量示意图图 6.2（1）图解：金属棒样品装进加热管后用螺钉通过弹簧拧紧，为固定端；另一端通过顶杆与千分表接触，为自由端。

金属棒样品自由端在弹簧作用下将长度变化转化成千分表指针的偏转，通过表盘刻度读出其长度变化量。

图6.3（1）图解：通过调节PID 智能温度调节器中的“SET ”设置加热最高温度为110℃，用导线将热电阻Pt100测温端接至“Pt100输入”，PID 智能温度调节器中的红色字体显示当前金属棒的温度。

试根据提供的《仪器与用具》进行思考，设计一种测量金属线胀系数的方案，然后再参考课本思路。

三、实验原理当温度升高时，金属棒将受热膨胀。

设L 为物体在温度为0℃时的长度，则该物体在 t ℃的长度为：()t L L t α+=10 （6-1）式中α即为该物体的线胀系数。

在温度变化不大时，α可视为一常量。

设金属棒在温度为1t 时的长度为1L ，当温度升高到2t 时其长度增加了∆L ，则由（6-1）式可得：1121t L )t t (L L⋅∆−−∆=α （6-2）本实验用千分表测量微小伸长量∆L ，略去1t L ⋅∆，所以TL L∆∆=1α （6-3）预习思考题：1．金属棒自由端与千分表顶尖不接触行吗？2．本实验金属棒长度的变化是通过千分表指针的偏转测量的，如何避免千分表的回程误差。

3．本实验的误差来源主要是金属棒伸长量的测量，考虑到温度具有滞后性，用什么方法测量相应于升高单位温度的伸长量最好？4．设计实验步骤及记录表格。

金属线胀系数的测定

一、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.测量金属杆的线胀系数。

二、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。

绝大多数固体材料，其长度是随温度的升高而增加的，这一现象称为线膨胀。

设物体的温度改变t ∆时其长度改变量为L ∆，如果t ∆足够小，则t ∆与L ∆成正比，并且也与物体原长L 成正比，因此有 t ∆=∆L L α上式中比例系数α称为固体的线胀系数，其物理意义是温度每升高C 1o 时物体的伸长量与它在C o 0时长度之比。

设在温度为C o 0时，固体的长度为0L ，当温度升高为t 时，其长度为t L ，则有()t /-00t α=L L L即 ()t 10t α+=L L如果金属杆在温度为1t ，2t 时，其长度分别为1L ，2L 则可得出()101t 1α+=L L ()202t 1α+=L L将式()101t 1α+=L L 代入式()202t 1α+=L L ，又因1L 与2L 非常接近，所以1/21≈L L ，于是可得到如下结果： ()12112t t --=L L L α由上式，测得和就可求得值。

三、实验仪器：加热箱恒温控制仪四、实验内容和步骤：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1L （本实验使用的金属杆的长度为4000mm ），使其一端与隔热顶尖紧密接触。

3.调节千分表带绝热的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触，记下此时千分表的读数1n 。

4.接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值，一般可分别增加温度为C 020、C 030、C 040、C 050，按确定键开始加热，注视恒温控制仪，每隔C 05读一次读数，同时读出千分表的示数，将相应的读数n 32n 32n n n t t t ，，，，，，，记在表格里。

5.显然，金属杆各时刻上升的温度是,,,,11312t t t t t t n --- 相应的伸长量是,,,,n 11312n n n n n n --- 则前面式可表示为()111n n t t L n n -=-α即 ()tL nt t L n n n n ∆∆=--=1111α 根据式来计算出α。

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。

金属线膨胀系数的测定

实验仪器
千分表
金属棒伸长 0.2mm ，即探针移动 0.2mm 时，大表针正好转一周。大表盘上均匀地刻有200个格，因此大表盘的每一小格表示0.001 mm。当大表针转动一圈的同时，小表针跟着转动一小格，所以小表盘的一格代表线位移0.2mm，小表盘上均匀地刻有5个小格，千分表可测量的最大线位移为1mm。
实际测量值等于小表盘读数+大表盘读数，应该读到最小刻度0.001mm的下一位，所以若以毫米为单位，测量结果在小数点后应有四位数。
实验内容及步骤
1.准备工作。检查仪器各部分的水电是否连接好。检查仪器前面的水位管，将水箱水加到适当值。检查金属棒固定端是否连接好。
2.打开温控仪开关，检查水是否循环良好。设置测量的温度。
注意：温控仪温度达到设定值后再等约5分钟，才能读数。
实验内容及步骤
3. 测量线膨胀系数为了保证实验安全，温控仪最高设置温
度为60℃。若决定测量n个温度点，则每次升温范围为Δt=(60－室温)/n。
本次实验，共测量n=8个温度点，Δt=2℃。为减小系统误差，将第一次温度达到平衡时的温度及千分表读数分别作为t0，L0。
实验数据记录及处理
线膨胀系数的测定
次数
0
千分表读数 L0= 温度/℃ t0=
Δti=ti-t0
ΔLi=Li-L0
12345 678
(1)用作图法作出ΔLi-Δti的曲线
(2)根据ΔL=αL0Δt，从所作的直线上求出ΔLi-Δti直线的斜率K (3)已知长度L0=500 mm，根据α=K/L0求线膨胀系数
实验目的测量金属线膨胀系数；了解千分表的原理及使用方法；学习PID调节的原理。

金属线胀系数的测定

实验四金属线胀系数的测定【实验目的】学习用光杠杆法测量金属棒的线胀系数。

【实验仪器】GXZ 型金属系数测定仪，光杠杆，尺度望远镜，钢卷尺，游标卡尺，蒸汽发生器，待测金属棒。

【实验原理】固体的长度通常随着温度的升高而增加，其长度l 和温度t 之间的关系为)1(20 +++=t t l l βα (4-1)式中0l 为温度C t 00=的长度，α、β是和被测物体有关的常数，都为很小的数值，而β以下各系数与α相比更小，常温下可以忽略，则(13-1)可写成)1(0t l l α+= (4-2)式子中α即为通常所称的线胀系数，单位是10-C 。

设物体在温度为C t 01时的长度为l ，温度升高到C t 02时，其长度增加δ，根据式(13-2)，可得)1(10t l l α+=)1(20t l l αδ+=+由此二式消去0l ，整理后得出)34()(112---=t t t l δδα因l 与δ相比很小，112)(t t t l δ>>-，所以式(13-3)可近似写成)44()(12--=t t l δα线胀系数α测量中，最重要的工作是如何准确测量出当温度变化时引起的金属长度产生的微小变化δ。

实际测量中常常使用的方法有：（1）光杠杆法测量微小长度变化法实验时将待测金属棒直立在金属线胀系数测定仪的金属筒中(图13-1)，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足置于固定台上。

设在温度C t 01时，通过望远镜和光杠杆平面镜，看见直尺上的刻度1a 刚好在望远镜中叉丝横线(或交点)处，当温度升高至C t 02时，直尺上刻度2a 移至叉丝横线上，根据光杠杆原理(光杠杆的使用方法参见本书实验九中的仪器原理介绍)可得)54(2)(12--=Dda a δ式中d 为光杠杆后足尖到二前足尖连线的垂直距离，D 为光杠杆镜面到直尺的距离。

将式(13-5)代入式(13-4)中，则)64()(2)(1212---=t t Dl da a α(2)利用螺旋测微器原理测量金属微小长度如图13-2所示。

大物实验22金属线膨胀系数的测定

大学物理实验教案实验名称：金属线膨胀系数的测定1 实验目的1）学习用电热法测量金属线胀系数；2）学习利用光杠杆法测量微小长度变化量；3）掌握图解法处理数据的方法。

2 实验仪器控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S ）光杠杆尺读望远镜游标卡尺 3 实验原理3.1 当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。

当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。

即)()(112121t t L L L --=α式中1L 和2L 分别为物体在温度1t 和2t 时的长度，一般固体材料的α值很小，所以12L L L -=∆也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准L ∆的问题，我们采用光杠杆法测量L ∆。

3.2 热传导和热平衡原理：温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处在平衡的状态。

从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。

只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。

动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。

3.3 加热器的结构图温度探头是放在样品（铜管）的空腔中的，因此温度探头不能及时测到样品的温度，必须等到样品、T 和空腔中的空气达到热平衡状态时温度探头测出的温度才是样品的真实温度。

但是另一个问题是平衡时间非常短所以我们就给它安装一个温度补偿器，使温度在某一个小范围内变化时间可以长一些。

线路图如下：从图2可知：()D NH D H L 2201∆=N -N =∆所以可得：()1221t t D L -H ∆N =α=t LD ∆H∆N 2 4 教学内容1）用卷尺测量金属杆的长度L2）光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅直方向。

在光杠杆前1.5~2.0m 处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。

调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中。

金属线胀系数的测定

金属线胀系数的测定
一、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
实验原理
材料的线胀是材料受热膨胀是，在一维方向上的身长，线胀系数是选取材料的一个重要指标。

特别是研制新材料，少不了要对材料的线胀系数作测定。

在常温下，固体的长度L和温度t之间的关系为
L=L
（1+ α t）（1）
式中L0为温度t=0℃时的长度，α为线胀系数，它表示材料在温度为0-t度内每升高一度材料的相对伸长量，单位为每度
设固体在温度t
1是的长度为L，温度升到t
2
是的长度伸长△L，根据（1）式，
并整理可得线胀系数的公式为
α=△L/L(t2-t1) (2) 金属的线胀系数测量的实验装置如图，YJ-RZ-4A数字智能化热学综合试验仪。

为测量线胀系数，先将材料做成线状或杆状，有（2）式可只测量出t
1
式的杆长
为L，受热后温度达到t2时的伸长量为△L和受热前后温度t
1及t
2
，该材料在
（t
1，t
2
）温区的线胀系数为：
α =(L2-L1)/[L(t2-t1)]=△L/[L(t2-t1)]= △n/L (3)
其物理意义在与固体材料在温区（t
1,t
2
）内温度每升高一度的材料的相对伸长量。

其单位为每度。

△n为温度每升高一度是材料的绝对伸长量。

图1 千分表测定法测量线胀系数装置图
二、实验步骤
1）通电加热，记录30℃时千分表示数，温度每升高3℃记录一次数据2）关闭电源，停止加热；整理好仪器。

三、实验数据记录与处理
四、实验结果
五、原始数据。

金属线胀系数的测定实验数据

金属线胀系数的测定实验数据实验目的:测定金属的线胀系数，了解线胀系数的测量方法及实验结果的处理方法。

实验原理:金属的线胀系数是指金属在温度变化时，长度和直径发生变化的大小。

在进行线胀系数测定时，需要将金属样品在两个温度下测量其长度和直径，然后计算出其线胀系数。

通常情况下，线胀系数可以通过公式 C=([L-L0]/L0)×100% 来计算，其中 C 为线胀系数，[L-L0] 为温度变化时金属的长度变化，L0 为金属在恒温下的长度。

实验步骤:1. 准备试样：从不同部位取出长度约为 100mm 的金属样品，将其固定在拉伸机上。

2. 测量起始长度和直径：在室温下测量金属样品的长度和直径，并记录下来。

3. 将金属样品恒温至目标温度：将金属样品放置在恒温箱中，使其恒温至目标温度。

常用的目标温度范围为室温至 300°C。

4. 测量结束长度和直径：在目标温度下，再次测量金属样品的长度和直径，并记录下来。

5. 计算线胀系数：根据实验数据和公式 C=([L-L0]/L0)×100% 计算金属的线胀系数。

实验数据:表格 1:金属的线胀系数测量数据| 温度 (°C)| 长度变化 (%) | 直径变化 (%) | 线胀系数 | | -------- | -------- | -------- | -------- || 20 | -3.8 | -2.1 | 0.16 || 50 | -10.3 | -6.2 | 0.21 || 100 | -21.8 | -12.9 | 0.26 || 150 | -32.3 | -20.6 | 0.31 || 200 | -41.7 | -28.9 | 0.36 |实验结果分析:从表格 1 中可以看出，金属的线胀系数随着温度的升高而减小。

在室温下，金属的线胀系数通常在 0.17 左右。

在目标温度下，金属的线胀系数通常会比室温下的线胀系数小，这是因为在高温下金属的原子运动更加剧烈，导致金属的线胀系数减小。

金属线胀系数的测定数据

金属线胀系数的测定数据金属的线胀系数是指金属在温度变化时单位长度的线胀量与温度变化量的比值，常用符号为α。

金属的线胀系数是帮助工程师和设计师确定在不同温度下金属材料的尺寸变化和热应力的重要参数。

测定金属线胀系数的方法有多种，下面介绍一种简单有效的方法——线胀法。

线胀法是通过测量金属材料在不同温度下的长度变化，来确定金属线胀系数的方法。

测量过程如下：1. 准备测试样品：选择与实际使用材料相同的金属样品，通常使用长条状或管状的样品。

2. 安装样品：将样品固定在测量装置上，确保样品的自由度受到限制。

3. 温度控制：通过加热或冷却装置控制样品的温度变化，通常将样品置于恒温槽中。

4. 测量长度：使用长度计等测量设备测量样品在不同温度下的长度变化。

5. 计算线胀系数：根据测得的长度变化和温度变化，应用线胀系数的定义式计算线胀系数。

线胀系数α=ΔL/ (L * ΔT)其中ΔL为长度变化，L为原始长度，ΔT为温度变化。

需要注意的是，线胀系数的测定过程中应保证实验环境的稳定和准确性，尽量排除误差。

不同金属的线胀系数不同，而同一金属在不同温度范围内线胀系数也会发生变化。

测定金属线胀系数的数据对于工程设计和材料选用都非常重要。

通过准确测定金属的线胀系数，可以更好地预测材料在不同温度下的变形和应力情况，为工程设计和材料选取提供科学依据。

对于高温工况下的材料选用和设计，金属线胀系数的测定更加重要，对保证工程的安全性和稳定性非常关键。

综上所述，通过线胀法可以测定金属的线胀系数。

这些数据对于工程设计和材料选用至关重要，能够帮助工程师和设计师预测材料在不同温度下的变形和应力情况，保证工程的安全性和稳定性。

金属线胀系数的测定数据

金属线胀系数的测定数据一、引言金属线胀系数是指金属在温度变化下的线胀程度，是一个重要的物理性质参数。

了解金属线胀系数对于工程设计和材料选择具有重要意义。

在本文中，我们将介绍金属线胀系数的测定方法，并提供一些实际测定数据作为参考。

二、测定方法1. 线膨胀计法：通过测量金属线在温度变化下的长度变化，计算出线胀系数。

这种方法适用于较小温度范围内的测定，如常温到200摄氏度范围。

2. 热电偶法：利用热电偶原理，测量金属线两端的温度差，并计算出线胀系数。

这种方法适用于高温范围的测定，如200摄氏度以上的温度范围。

3. 拉伸法：通过测量金属线在不同温度下的拉伸变化，计算出线胀系数。

这种方法适用于较大温度范围内的测定，如常温到1000摄氏度范围。

三、实际测定数据以下是一些常见金属的线胀系数测定数据，供参考：1. 铝：线胀系数为23.1×10^-6/摄氏度。

铝是一种轻质金属，在温度变化下线胀较为明显，常用于制造飞机和汽车等产品。

2. 铜：线胀系数为16.6×10^-6/摄氏度。

铜是一种导电性能良好的金属，常用于电线电缆和管道等应用领域。

3. 钢：线胀系数为12.0×10^-6/摄氏度。

钢是一种常用的结构材料，线胀系数较低，适用于各种温度条件下的工程设计。

4. 不锈钢：线胀系数为17.3×10^-6/摄氏度。

不锈钢具有耐腐蚀性能，常用于制造厨具和化工设备等。

5. 铁：线胀系数为11.8×10^-6/摄氏度。

铁是一种常见的金属材料，线胀系数较低，适用于各种结构和机械应用。

四、应用和意义金属线胀系数的测定数据对于工程设计和材料选择具有重要意义。

在建筑结构设计中，了解金属线胀系数可以帮助工程师预测材料在不同温度下的变形和应力分布，从而提高结构的安全性和稳定性。

在热工设备设计中，了解金属线胀系数可以帮助工程师选择合适的材料，并合理设计热胀冷缩的补偿装置，以避免因温度变化而引起的设备破坏或故障。

金属线胀系数的测定

课后思考
一．试分析两根材料相同,粗细、长度不同的金属棒,在同样的温度变化范围内,它们的线膨胀系数是否相同?膨胀量是否相同,为什么?
二．试分析哪一个量是影响实验结果的主要因素?在操作时应注意什么？
三．若实验中加热时间过长,使仪器支架受热膨胀,对实验结果将产生怎样影响？
7.取出金属棒，用冷水冷却金属筒之后安装另一根金属棒重复以上的测量。
8.按式(13-6)求出二金属的线胀系数，并求出测量结果标准不确定度。
二、螺旋测微法
• 1.用米尺测量出金属棒长度后，将其插入线胀系数测定仪的金属筒内，金属棒的一端要和基座的左端固定端紧密接触，右端露出筒外。
• 2.安装温度计(插温度计时，要先测量温度计插口到金属棒的距离，避免温度计的液泡碰触到金属棒，同时要小心，防止损坏温度计)。
(a a )d (13 5) 2
1
尺的至距离。时将，式直( 1尺3 -上5 )刻代度入a式2 移( 1至3 -叉4 )丝中横，线则上，根据光杠杆原理可得
2D
(a2 a1)d
2Dl (t2 t1)
(13 6)
实验内容
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光杠杆法
1. 用米尺测量出金属棒长度后，将其插入线胀系
4.记下初始温度t1，给蒸汽锅炉加热。蒸汽进入金属筒后，随着金属筒内温度的升高，金属棒将迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，从望远镜中读出叉丝横线所对应的刻度值a2，并记下此刻的温度t2。
5.停止加热，测出直尺到光杠杆镜面的距离D，取下光杠杆及温度计。
6.将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用游标卡尺测出后足尖到二前足尖连线的垂直距离d。
• 3. 记下初始温度。 • 4. 顺时针调整螺旋测微装置中的螺杆，使螺杆尖刚好接触待测金属