测定固体线膨胀系数17页PPT
金属线膨胀系数的测定(共15张PPT)
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千分表读数 L = 为了保证实验安全，温控仪最高设置温度为60℃。
5当)×大1表0-5针/℃转之动间一。圈的同时，小表针0 跟着转动一小格，所以，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。
温度/℃ t = 本次实验，共测量n=8个温度点，Δt=2℃。
工(2)作根原据理ΔL是=将αL被0Δ测t，尺从寸所引作起的的直测0线杆上微求小出直Δ线Li移-Δ动ti直,经线过的齿斜轮率传K动放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。
α=ΔL/L0·1/Δt 可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与 原长度之比，单位为/℃。多数金属的线膨胀系数在 (0.8~2.5)×10-5/℃之间。 线膨胀系数α是与温度有关的物理量。当Δt是一个不 太大的变化区间时，对于确定的材料，我们近似认为α
是不变的。
第三页，共15页。
实验仪器
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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。
第十一页，共15页。
该读到最小刻度，所以若以毫米为单位，测量结果在
小数点后应有四位数。
第九页，共15页。
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。
测定金属棒的线膨胀系数
思考题答案
1
1、为什么定标和测量时，霍尔元件的电流值必须相等？
答：根据U H
KH I
dB z ，在霍尔元件确定，磁场梯度确定，仪器的灵敏度仅与霍尔元件 dz
的工作电流有关，因此定标和测量时霍尔元件的电流值必须相等。
2、实验过程中如何保证定标和测量时霍尔元件在相同梯度的磁场中？
答：根据U H
KH I
3、定标结束，将霍尔元件重新恢复到磁场中心附近，记录此时电压
t U 值 ，温度 。
0
0
4、加热到数字电压表的读数最大且稳定时，记录电压值
止加热。
U，温度t，停 H
5、实验前，要首先往烧瓶加水，水量以350mL为宜，实验室不要用手触 摸玻璃管，以免烫伤。
6、注意用电安全，接通电炉时，正确使用电源插座上的开关。
5、仪器精度不低于0.5%。 6、使用20mV档时，务必先将输入端短接，进行调零之后才能正确显示。
6
第六页，课件共10页
实验注意事项
1、霍尔元件的工作电流以8mA为宜，电流过大容易损坏霍尔元件。
2、定标时，霍尔元件从磁场的中心附近开始，每移动0.25mm，测出
相应的霍尔电动势，霍尔元件移动距离小于4mm为宜。
U H K H I
dB z（6 28） dz
Lt L0 t
L0
t
0
L L0 t
t
（页
实验仪器及介绍
1直流数字电压表、2金
属棒线膨胀系数测量仪、
3电流表、4滑线变阻器、
开关及导线若干。
注：测量仪左上端为蒸
汽入口，右下端为蒸
汽出口。
1
2
3
4
5
第五页，课件共10页
固体线膨胀系数的测定讲义
固体线膨胀系数的测定大多数固体材料内部分子热运动的剧烈程度与物体的温度有关，故而都遵从热胀冷缩的规律。
固体的体积随温度升高而增大的现象称为热膨胀。
固体热膨胀时，它在各个线度上（如长、宽、高、直径等）都要膨胀，我们把物体线度的增长称为线膨胀；将体积的增大称为体膨胀。
若固体在各方向上热膨胀规律相同时，可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀，所以线膨胀系数是很多工程技术中选材料的重要技术指标。
在道路、桥梁、建筑等工程设计、精密仪器仪表设计、材料的焊接、加工等领域都必须考虑该参数的影响。
线膨胀系数的测量方法有很多种，包括：光杠杆法、千分表法、读书显微镜法、光学干涉法、组合法等，本实验采用千分表法测金属线膨胀系数，用FD-LEB 线膨胀系数测定仪进行测量。
一、实验目的1.学习测量固体线膨胀系数的方法；2.掌握用千分表测量微小长度变化的方法；3.练习作图法处理实验数据的方法；4.分析影响测量精度的因素。
二、实验原理固体受热后的长度L 和温度t 之间的关系为：)1(20 +++=t t L L βα (1)式中L 0为温度t=0℃时的长度， βα、是和被测物质有关的数值很小的常数，而β以后的各系数和α相比甚小，所以常温下可以忽略，则上式可写成：)1(0t L L α+= (2)式中α就是固体的线膨胀系数，其物理意义为温度每升高一度时物体的伸长量与它在零度时的长度比，单位是摄氏度分之一。
如果在温度t 1和t 2时，金属杆的长度分别为L 1和L 2，则有：)1(101t L L α+= (3) )1(202t L L α+= (4) 联立(3)、(4)式可得：)(1122112t L L t L L L --=α。
由于L 2与L 1相差微小，1/12≈L L 所以上式可近似写为tL L ∆∆=1α。
式中12L L L -=∆是固体当温度变化12t t t -=∆时相对应的伸长量。
该式通常可简单表示为：t L L ∆∆=α。
固体线膨系数测定
大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量院系名称：土木建筑学院专业班级：姓名：学号：固体线膨胀系数的测量一、实验目的1． 了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。
2． 学习用光杠杆法测量微小长度变化。
3． 学习测量金属棒的线膨胀系数。
二、实验原理1． 材料的热膨胀系数各种材料热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量---线胀系数和体胀系数。
线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。
在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为 L ，由初温1t 加热至末温t 2，物体伸长了ΔL,则有上式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。
比例系数αl 称为固体的线胀系数。
体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。
体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K 所引起的物体体积的相对变化，用αv表示。
即一般情况下，固体的体胀系数αv为其线胀系数的3倍，即αv=3αl ，利用已知的αl ，我们可测出液体的体胀系数αv。
2． 线胀系数的测量线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。
实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属。
殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。
表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。
人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。
但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。
因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。
在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。
例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U 型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。
固体线胀系数的测定讲义(新)
固体线胀系数的测定绝大多数物体都具有 “热胀冷缩” 的特性， 这是由于构成物体的微观粒子热运动随温度的升、 降而加剧或减弱造成的。
固体材料的线胀系数是反映固体材料受热膨胀时， 在一维方向上伸长性质的重要参数。
线胀 系数是选用材料的一项重要指标， 是材料工程、 热力工程和自动控制技术中的一个重要技术参数， 在工程设计（如桥梁和过江电缆工程） 、精密仪表设计，材料的焊接和加工中都必须加以考虑。
、实验目的1． 学会一种测定金属线胀系数的方法。
2． 掌握光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。
3． 学会用最小二乘法处理数据。
、实验原理设金属棒在温度 t o 时的长度为 L o ，当其温度上升到 t 时，它的长度 L t 可由下式表示：L t =L o 1 t t o（1）式中， 即为该物体的线胀系数。
可将式（ 1）改写成：L t L o L L o t t oL o t t o由此可见，线胀系数 的物理意义是温度每升高 1 o C 时物体的伸长量 L 与原长之比。
般 随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。
由式（ 2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量估算一下 L 的大小。
若 L o 500mm ，温度变化 t t o 100 C ，金属线胀系数 的数量级 为10 5 C 1 ，则可估算出 L 0.50mm 。
对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺 和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm ），光杠杆法，光学干涉本实验采用光杠杆法， 整套实验装置由固体线胀系数测定仪， 光杠杆和尺读望远镜等几部分 组成，如图 1 所示。
2）L 。
我们先粗略图 1 测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理：参照图 2，假定开始时光杠杆平面镜 M 的法线 on o 在水平位置，则标尺 S 上的标度线 n o 发 出的光通过平面镜 M 反射进入望远镜，在望远镜中形成n o 的象而被观察到。
固体线胀系数测定
SUES大学物理选择性实验讲义Typeset by L A T E X2ε固体线胀系数测定∗一实验目的本实验通过固体线胀系数测定仪测定不同金属的线胀系数，要求达到：1．掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法；2．分析影响测量精度的诸因素；3．观察合金材料在金相组织发生变化温度附近，出现线膨胀量的突变现象。
二实验原理绝大多数物质具有“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，在机械和仪表的制造中，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，甚至会造成工程结构的毁损，仪表的失灵以及加工焊接中的缺陷和失败等等。
固体材料的线膨胀是材料受热膨胀时，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，在研制新材料中，测量其线胀系数更是必不可少的。
SLE-1固体线胀系数测定仪通过加热温度控制仪，精确地控制实验样品在一定的温度下，由千分表直接读出实验样品的伸长量，实现对固体线胀系数测定。
SLE-1固体线胀系数测定仪的恒温控制由高精度数字温度传感器与HTC-1加热温度控制仪组成，可加热温度控制在室温至80.0◦C之间。
HTC-1加热温度控制∗修订于2009年2月4日1仪自动检测实测温度与目标温度的差距，确定加热策略，并以一定的加热输出电压维持实测温度的稳度，分别由四位数码管显示设定温度和实验样品实测温度,读数精度为±0.1◦C。
专用加热部件的加热电压为12V。
物质在一定温度范围内，原长为l的物体受热后伸长量∆l与其温度的增加量∆t近似成正比，与原长l也成正比，即：∆l=α·l·∆t。
式中α为固体的线胀系数。
实验证明：不同材料的线膨胀系数是不同的。
本实验配备的实验样品为铁棒、铜棒、铝棒(加工成6×400mm的圆棒)。
三仪器技术指标1、温度读数精度：±0.1◦C。
2、温度控制稳定度：±0.1◦C/10分钟。
《线膨胀系数的测量》课件
2
高温高压下的测量
利用激光位移传感器测量高温高压下的线膨胀系数。 实验步骤： - 1. 准备实验样品和激光位移传感器。 - 2. 控制温度和压力进行测量。 - 3. 处理数据并得出线膨胀系数。
实验结果的处理与分析
利用适当的数据处理方法对测量结果进行分析。 实验结果分析包括对线膨胀系数的数值和变化趋势进行评估，并将其与理论值进行比较，以验证实验结果的可 靠性。
总结与展望
线膨胀系数对于材料研究和应用具有重要意义，并有着广阔的应用前景。 线膨胀系数测量方法的优化与改进将进一步提高测量效率和精确性，推动相 关领域的发展。
参考文献
1 文献1
2 文献2
3 ...
《线膨胀系数的测量》PPT课件
# 线膨胀系数的测量 ## 简介 - 线膨胀系数的定义 - 线膨胀系数的重要性 - 线膨胀系数的应用领域
Hale Waihona Puke 线膨胀系数的测量方法1
常压下的测量
通过线性热膨胀仪测量常压下的线膨胀系数。 实验步骤： - 1. 准备实验样品和线性热膨胀仪。 - 2. 设置实验参数并进行测量。 - 3. 记录数据并计算线膨胀系数。
实验金属线膨胀系数的测定(光杠杆法) PPT
12.数据记录 （1）测量D，L，h
max
L
D h
（2）测金属棒的线胀系数
T / C
t1 t2
t 2 t1
望远镜中 d1 d2 标尺读数d
d2 d1
t (t2 t1)(t2 t1) 2
d(d2d1)(d2 d1) 2
1
dh 2LD t
u c ( )
七、数据处理
1、对于金属棒1，数据处理如下：
即 d L Dh
L h d 2D
将式（6）代入式（5）得
（6）
(d2 d1)h
2DL(t2 t1)
（7）
六、实验步骤 1. 在室温下，用测量待测金属棒的长度L，5次，取平均
值。 2. 将金属棒插入仪器的金属筒中。注意，棒的下端要和
基座紧密接触。 3. 插入温度计（居中适宜），小心轻放，以免破损。
uA
最小分度（目测误差）, uB
ma（x 尺子）. 3
温度计 ： uc(t) u（ A 2 温度计 u（ B 2 ） 温度计）
uA 最小分度uB ma（x 温3度计）m（ ax 温度计0.1） 0C
c.线胀系数及其的不确定度 ：
线胀系数为： dh
2LDt
线胀系数的不确定度为：
uc() u （ cL L ） 2 u （ cD D ） 2 u （ chh ） 2 u （ ckk） 2
当金属棒温度升高时则光杠杆后脚尖升高使光杠杆偏转一角度若光杠杆两前脚尖距离为h因较小可有tan设在温度时通过望远镜及光杠杆的平面镜看到标尺上的刻度恰好与目镜中十字叉丝横线重合当温度升到时与叉丝横线重合的是标尺上的刻度令d是光杠杆镜面到标尺的水平距离
实验金属线膨胀系数的测定(光杠杆法)
固体线热膨胀系数测定讲义
固体线热膨胀系数的测定物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。
通常是指外压强不变的情况下，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。
在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。
但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，一般而言，固体在各方向上膨胀规律相同。
因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。
[实验目的]⒈ 了解FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪的基本结构和工作原理。
⒉ 掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。
⒊ 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
4．测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数。
5. 学会用图解图示法处理实验数据。
[实验仪器]FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪（一套）（电加热箱、千分表、温控仪）[实验原理]在一定温度范围内，原长为0l 的物体受热后伸长量l ∆与其温度的增加量t ∆近似成正比，与原长0l 也成正比。
通常定义固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量t l ∆∆/与0℃（由于温度变化不大时长度增量非常小，实验中取室温）时同方向上的长度0l 之比，叫做固体的线热膨胀系数α，即tl l∆⋅∆=0α实验证明：不同材料的线热膨胀系数是不同的。
实验要求学生对配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线热膨胀系数（每三个同学一组，分别测量一种金属）。
[仪器介绍]本实验使用FD-LEA 固体线热膨胀系数测定仪进行测量，该仪器由电加热箱和温控仪两部分组成(图1)1、托架2、隔热盘A3、隔热顶尖4、导热衬托A5、加热器6、导热均匀管7、导向块8、被测材料9、隔热罩 10、温度传感器 11、导热衬托B 12、隔热棒 13、隔热盘B 14、固定架 15、千分表 16、支撑螺钉 17、坚固螺钉1)当面板电源接通数字显示为FdHc 是表示生产公司产品的符号，随即自动转向A ××.×表示当时传感器温度，b= =.=表示等待设定温度。
固体线胀系数的测定演示文稿
8．用米尺测量（一次）标尺到平面镜间的距离D。 D
9．将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕， 用游标卡尺测量（一次）其后足尖到两前足尖连 线的距离l。
l
10．计算铜管的线胀系数
l
kl 2D L
U A2 B2
U L U D B inst 0.5mm
L l
（3）
l
L L(t2 t1)
1
(b2 b1) 2D L(t2
l t1 )
【实验仪器】
线胀系数测定仪、光杠杆、望远镜和标尺、 数字温度计、钢卷尺、游标卡尺、待测铜管。
❖【实验内容与步骤】
1．用钢卷尺测量（一次）待测铜管的原长L后， 将其放入线胀系数测定仪的加热金属圆筒中；
2．调节光杠杆的前后足尖的长度l，将光杠杆的
5．调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦手轮，看
清标尺的像，并使像与十字叉丝之间无视差，即 眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。
6．当金属筒被加热后，待测铜管逐渐伸长，每间 隔10℃记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值， 测量6到7个点。
1234567 t/℃ b/mm
7．以t（℃）为横坐标，b（mm）为纵坐标，在 坐标纸上作出t-b关系曲线，求直线斜率k。
❖【注意事项】
1.在测量过程中不能碰动线胀系数测定仪，光杠杆及望 远镜的整个系统（打开加热开关时一定要轻），稍有 碰动实验得从头做起；
2. 禁止用手摸反射镜、望远镜的目镜及物镜镜面，实 验结束后要用镜套把镜面套好；
3. 用望远镜读出叉丝横线在标尺上的读数b时，不要压
桌面； 4.该实验在测量读数时是在温度连续变化时进行，因此
固体线胀系数的测 定
【实验简介】