金屬線脹係數的測定實驗報告
測量固體的線脹係數,實驗上歸結為測量在某一問題範圍內固體的相對伸長量。此相對伸長量的測量與楊氏彈性模量的測定一樣,有光槓杆、測微螺旋和千分表等方法。而加熱固體辦法,也有通入蒸氣法和電熱法。一般認為,用電熱絲同電加熱,用千分表測量相對伸長量,是比較經濟又準確可靠的方法。下面小編就為您介紹一下報告的流程。
操作方法
(01)實驗目的1.學會用千分表法測量金屬桿長度的微小變化。 2.測量金屬桿的線膨脹係數。
(02)實驗原理 一般固體的體積或長度,隨溫度的升高而膨脹,這就是固體的熱膨脹。設物體的溫度改變t時,其長度改變數為L,如果t足夠小,則t與L成正比,並且也與物體原長L成正比,因此有 △L=αL△t (1)式(1)中比例係數α稱為固體的線膨脹係數,其物理意義是溫度每升高1℃時物體的伸長量與它在0℃時長度之比。設在溫度為0℃時,固體的長度為Lo,當溫度升高為t℃時,其長度為tL,則有 (Lt-Lo)/Lo=αt 即 Lt=Lo(1+αt) (2)如果金屬桿在溫度為t1,t2時,其長度分別為L1,L2,則可寫出 L1=Lo(1+αt1) (3) L2=Lo(1+αt2) (4)將式(3)代入式(4),又因L1與L2非常接近,所以,L2/L1=1,於是可得到如下結果:α=(L1-L2)/L1(t2-t1) (5)由式(5),測得L1,L2,t1和t2,就可求得α值。
(03)儀器使用說明(1)被測物體控制於φ8*400mm尺寸; (2)整體要求平穩,因伸長量極小,故儀器不應有振動; (3)千分表安裝須適當固定(以表頭無轉動為準)且與被測物體有良好的接觸(讀數在0.2~0.3mm處較為適宜,然後再轉動錶殼校零); (4)被測物體與千分表探頭需保持在同一直線。
(04)實驗步驟1.接通電加熱器與溫控儀輸入輸出介面和溫度感測器的航空插頭。 2.測出金屬桿的長度1L(本實驗使用的金屬桿的長度為400mm),使其一端與隔熱頂尖緊密接觸。 3.調節千分表帶絕熱頭的測量桿,使其剛好與金屬桿的自由端接觸,記下此時千分表的讀數1n。 4.接通恆溫控制儀的電源,設定需要加熱的值為65℃,按確定鍵開始加熱,在達到設定溫度後降溫至室溫,降溫時也應讀數。注視恆溫控制儀,每隔5℃讀一次讀數,同時讀出千分表的示數,將相應的讀數t2,t3,…,tn,n2,n3,…,nn, n2,n3,…,nn,nn記在表格裡。(其中nn=[(nn+n'n)/2] 5.顯然,金屬桿各時刻上升的溫度是t2-t1,t3-t1,…,tn-t1,相應的伸長量是n2-n1,n3-n1,…,nn-n1,則式(5)可表示為 n2-n1=αL1(tn-t1) 即 α=(nn-n1)/L1(tn-t1)= △n/L1△t (6)由此可知,線膨脹係數是以nn-n1為縱座標、以tn-t1為橫座標的實驗曲線的斜率。把各測量值填入下表,作nn-n1與tn-t1的曲線(即△n與△t 曲線),先算出αL1,再求出α,另外還可根據式(6)來計算出α,因為長度的測量是連續進行的,故用逐差法對△n進行處理。
(05)處理資料1.影象法 2.逐差法
(06)誤差分析兩種方法所測得的結果幾乎一致,數量級很小。故而誤差在允許範圍內。 產生誤差的原因:1.在讀取資料時的讀數誤差。2.儀器本身存在的誤差。
(07)注意事項 1.在測量過程中,整個系統應保持穩定,不能碰撞。 2.讀取nt,nn資料時,特別是讀取nn時,一定要迅速。
(08)試驗總結 1.本次實驗原理簡單,操作也並不複雜。但是在給鋁棒加熱以及降溫過程中需要較長的時間,這要求要有一定的耐心。 2.再進一步深入瞭解了作圖法分析資料以及逐差法分析資料的方法。
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