金属线膨胀系数的测量

金属线膨胀系数的测量:本文针对金属线膨胀系数测量实验中存在的问题，提出了另一种实验方法，简化了操作过程，提高了测量精度。实验的误差比一般使用的方法小得多，所以我希望能推广这种实验方法。关键词：线膨胀系数；激光管；望远镜引言目前测量金属的线膨胀系数主要使用电热法和光杠杆法，实验仪器主要由望远镜、标尺、光杠杆、温度计、仪表、线膨胀系数测量仪组成。但是使用这个仪器测量会产生很多不便和不必要的错误。因为学生们不熟悉望远镜，望远镜经常有时差，所以测量数据不准确。1.改进前仪表的缺点：金属线膨胀系数的测量是大学物理中的重要学生实验，在实验中用电热法加热金属棒，而金属棒的小伸长用光杆和望远镜测量。但是，这种测量方法有两个明显的缺陷，望远镜调节的困难和温度测量是不允许的。2.望远镜不足：望远镜调整比较麻烦，调整也受室内照明的影响，光线太强或太弱，无法调整。第二，望远镜和光杠杆之间的距离受望远镜的倍率限制，在读取过程中有时差，测量准确度下降。另外，望远镜成本高，容易损坏。3.温度测量问题：将活性测量仪、温度计插入金属管，我们认为金属管的温度等于温度计指示的温度。但是，金属管道和温度计之间有空气脱落，向空气输送热量，金属管温度高于温度计温度。另一方面，由于小金属的比热，容易受其他因素影响的金属管的温度变化会影响测量结果的准确性。这个实验试图用其他方法(千分表法)测量金属的线膨胀系数。绝大多数物质在物体内的分子热运动加剧或减弱，具有“变热变冷”的特性。在工程结构的设计中，机械和设备的制造中，必须在材料(如焊接)的加工中考虑此特性。否则，会影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑到亏损，甚至会引起工程的损坏、仪表故障、加工焊接的缺陷及失败。一.实验目的学习如何测量金属线的膨胀系数。二、实验设备金属线膨胀系数测量实验装置，YJ-RZ-4A数字智能热集成实验机，游标卡尺、千分表、正在测量的金属杆(铜杆、铁棒)测量金属线膨胀系数的实验装置如图1所示内部有加热引线和温度传感器引线得到“上盘”散热片恒温室千分表可调整的顶部紧螺旋千分表紧固螺钉图1YJ-RZ-4A数字智能热集成实验仪面板如图2所示YJ-RZ-4A数字智能热实验装置cs温度设定顶板温度下磁盘温度选择测量底板上盘加热开关发动引擎福字温度线粗选取设定温度精细选择设置图2三.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。膨胀系数是材料选择的重要指标。特别是开发新材料，要测量材料的线膨胀系数。固体受热，其长度的增加称为扩张。经验表明，在特定温度范围内，原始长度为l的物体受热后，其伸长量l与原始长度l成正比，与温度的增加t成正比L=(1)样式的比例因子称为固体的线膨胀系数(简单地说就是线膨胀系数)。许多实验表明，不同材料的线膨胀系数不同，塑料的线膨胀系数最大，继金属之后，银钢、熔融石英的线膨胀系数很小。银钢和石英的这一特性在精密测量仪中有很多应用。几种材料的线膨胀系数材料铜、铁、铝普通玻璃、陶瓷银河熔点石英数量级别/大约10大约10210大约10实验结果还表明，同一材料位于不同的温度区域，线膨胀系数不一定相同。有些合金，在金相组织变化的温度附近，出现了线膨胀量的突变。因此，测量线膨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，线膨胀系数仍然可以被视为常数。温度T1(单位c)下固体的长度为L，温度上升到T2(单位c)时，长度增加L，并根据样式(1)清除线性膨胀系数=(2)为了测量线膨胀系数，将材料制成条状或棒状。(1)表明，在时间标尺长度l(通常负载长度l在室温下可能类似于负载长度)、热后到达温度时伸长量l和热前后温度以及(，)温度区域中，材料的线膨胀系数为：=(3)其中：K=物理意义是固体材料在(，)温度区域内，并且每次温度升高一次，材料的相对伸长量，其单位为。线膨胀系数的主要问题是如何测量肾脏。L估计为L250mm，温度变化100，金属的a为10时为L0.25mm。对于这么小的身高量，不可能使用钢尺或大尺寸卡尺等普通仪表。可以使用千分表(0.001毫米的分数值)、读数显微镜、光杠杆放大、光学干涉方法。本实验采用千分表测量微线路膨胀。设置为室温的相应千分表读数为L1，在通电加热时，温度升高5 或10 ，直到读取10个数据集，每次读取千分表读数时，使用分组计算方法k，即Ki=I (4)有三种可推的相对不确定度公式=(5)千分表是通过齿轮多极增长将小位移转换为读出盘上指针读数变化的小长度测量工具，如图3所示，驱动原理如图4所示。使用千分表前必须调整0。在磁头未展开的情况下松开“0调节旋钮”，转动旋钮，使主拨号0刻度指向主指针，然后固定“0调节旋钮”。调整0后，毫米指针和主指针都必须对齐相应的0刻度。千分表读数方法：本实验中使用的千分表的测量范围为0-1毫米。拉杆拉伸0.1mm时，主指针旋转一圈，毫米指针分割为100个小格子，这样主指针就可以准确地读取0.0001mm，直到0.1mm的1/100，0.001mm。也就是说：千分表读数=毫米千分表读数基本千分表读数，以毫米为单位(毫米表盘不需要去，主表盘需要去)例如，图5中的千分表读数为0.2 59.8=0.2598mmp:带机架的拉杆；:驱动齿轮；r:读数指针3图3固定手柄调零事例探针主拨号主指针毫米指针毫米日记测量栏车轴盖车图4图5四、实验阶段1、卸下下面的三个光盘支撑螺钉，安装实验装置，然后连接电缆线，如图1所示。将铜条插入人体加热板的恒温腔，使其完全位于恒温腔内部，将“可调顶螺旋”的一端靠近铜条的一端，将千分表(调整为0)头对准铜条的另一端，锁定“千分表紧固螺钉”，将千分表的指针“可调顶螺旋”，直到稍微旋转(约0.2-0.3毫米)选择打开电源开关，将测量选择开关返回到温度设置文件，调整温度粗糙选择设置和温度精细选择设置按钮，将加热盘设置为所需温度(例如50.0c)值。3、铜杆线膨胀系数的计算2将“测量选择”开关拨入“顶部温度”文件，打开加热开关，观察加热盘温度的变化，直到温度稳定，此时加热盘可能达不到设置温度，需要适当调整“温度精细选择”的温度(例如50.0)时，加热盘设置温度达到所需温度(例如50.0)重复步骤3、2，以将温度增加5，增加9次，例如55.0c、60.0c、65.0c、70.0c、75.0c、80.0c、85.0c、90.0c、95温度升高时，千分表开始旋转，温度稳定时，千分表停止工作，此时的温度值(，、)和千分表读数(l、l、l、l、l、l、l、l、l、l)。4、采用组差法，每次温度升高5 ，得到铜杆的平均伸长，得到铜杆在温度区域(例如50.0、95.0)的线膨胀系数。五、数据记录1、铜杆原始长度的测量l测量次数123平均值L/mm117.9117.8117.9117.872、记录相应温度时千分表读数500.0893550.0989600.1085650.11111183700.11282750.11382800.1483850.1586900.1689950.1795六。数据处理1.l的测量可以使用上面的表格。L=111.9 mm、117.8 mm、117.9 mm的平均值：L1=117.87 mmUA(L)=0.04A7 mm UB(L)=0.058 mmUC(L)=0.075 mm2 L测量L1=l6-L1=0.0489mmL2=l7-L2=0.0494mmL3=l8-L3=0.0500mml4=L9-l4=0.0506mml5=L10-l5=0.0513mm平均： L1=0.05064mmua(l)=0.00085mm ub(l)=0.00058mmUc(L)=0.0011 mm塞姬的测量 t=25 时根据公式K1=K2=K3=K4=K5=有平均值。K1=0.00200UA(K)=0。UB(K)=0.00058 UC(K)=0。4 T测量T常量为25 ，因此UC(T)=0寻找5线膨胀系数=0。6查找标准不确定性=可以推出U()=U()=0。结果报告：=(0.0)。）4、实验结论实验结果=(0.0)。)和实际(0)的1.17%表明实验结果更好。5、实验现象说明和注意事项：在圆