金屬線膨脹系數的測量絕大多數物質都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內部分子熱運動加劇或減弱造成的。這個性質在工程結構的設計中，在機械和儀器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都應考慮到。否則，將影響結構的穩定性和儀表的精度?？紤]失當，甚至會造成工程的損毀，儀表的失靈，以及加工焊接中的缺陷和失敗等等。.實驗目的學習測量金屬線膨脹系數的一種方法。.實驗儀器金屬線膨脹系數測量實驗裝置、YJ-RZ-4A數字智能化熱學綜合實驗儀、游標卡尺、千分表、待測金屬桿（銅桿、鐵桿）金屬線膨脹系數測量的實驗裝置如圖1金屬線膨脹系數測量的實驗裝置如圖1所示YJ-RZ-4A數字智能化熱學綜合實驗儀面板如圖2所示YJ-RZ-4A數字智能化熱學綜合實驗儀溫度設定/""A上盤溫度I溫度設定/""A上盤溫度I）下盤溫度-測量選擇圖2三.實驗原理材料的線膨脹是材料受熱膨脹時，在一維方向的伸長。線脹系數是選用材料的一項重要指標。特別是研制新材料，少不了要對材料線脹系數做測定。固體受熱后其長度的增加稱為線膨脹。經驗表明，在一定的溫度范圍內，原長為L的物體，受熱后其伸長量AL與其溫度的增加量AT近似成正比，與原長L亦成正比，即AL=aLAT （1）式中的比例系數a稱為固體的線膨脹系數（簡稱線脹系數）。大量實驗表明，不同材料的線脹系數不同，塑料的線脹系數最大，金屬次之，殷鋼、熔凝石英的線脹系數很小。殷鋼和石英的這一特性在精密測量儀器中有較多的應用。幾種材料的線脹系數材 料銅、鐵、鋁普通玻璃、陶瓷殷鋼熔凝石英a數量級/(°C)-1約10-5約10-6<2x10-6約10-7實驗還發現，同一材料在不同溫度區域，其線脹系數不一定相同。某些合金，在金相組織發生變化的溫度附近，同時會出現線脹量的突變。因此測定線脹系數也是了解材料特性的一種手段。但是，在溫度變化不大的范圍內，線脹系數仍可認為是一常量。為測量線脹系數，我們將材料做成條狀或桿狀。由（1）式可知，測量出T時桿長L（一1般，桿在T時的長度L可以近似等于桿在常溫時的長度）、受熱后溫度達T2時的伸長量AL和受熱前后的溫度T及T，則該材料在（T，T）溫區的線脹系數為：1 2 1 2a= （2）L（T2-T）其物理意義是固體材料在（T1，T2）溫區內，溫度每升高一度時材料的相對伸長量，其單位為（°C）-1。測線脹系數的主要問題是如何測伸長量AL。而AL是很微小的，如當L^250mm，溫度變化T—Te100°C，金屬的a數量級為10-5（°C）-1時，可估算出AL^0.25mm。對于這么21微小的伸長量，用普通量具如鋼尺或游標卡尺是測不準的?？刹捎们Х直恚ǚ侄戎禐?.001mm）、讀數顯微鏡、光杠桿放大法、光學干涉法。本實驗中采用千分表測微小的線脹量。千分表是一種通過齒輪的多極增速作用，把一微小的位移，轉換為讀數圓盤上指針的讀數變化的微小長度測量工具，它的傳動原理如圖3所示，結構如圖4所示，千分表在使用前，都需要進行調零，調零方法是：在測頭無伸縮時，松開“調零固定旋鈕”，旋轉表殼，使主表盤的零刻度對準主指針，然后固定“調零固定旋鈕”調零好后，毫米指針與主指針都應該對準相應的0刻度。千分表的讀數方法：本實驗中使用的千分表，其測量范圍是0-1mm。當測桿伸縮0.1mm時，主指針轉動一周，且毫米指針轉動一小格，而表盤被分成了100個小格，所以主指針可以精確到0.1mm的1/100，即0.001mm，可以估讀到0.0001mm。即：千分表讀數=毫米表盤讀數+1000x主表盤讀數 （單位：mm）（毫米表盤讀數不需要估讀，主表盤讀數需要估讀）1例如：圖5中千分表讀數為：0.2+1000x59.8=0.2598mm

P：帶齒條的測桿； Z1?Z5：傳動齒輪;R：讀數指針圖3四、實驗步驟1、如圖1所示，卸下三個下盤支撐螺釘，安裝好實驗裝置，連接好電纜線。將銅桿插人加熱盤的恒溫腔，使其完全在恒溫腔內部，將“可調頂緊螺旋”的尖端靠攏銅桿一端，千分表（已調零好）測頭靠攏銅桿的另一端，鎖緊“千分表固定螺釘”，旋動“可調頂緊螺旋”，直到千分表的指針微有旋轉（約0.2—0.3mm）。打開電源開關，“測量選擇”開關旋至“設定溫度”檔，調節“設定溫度粗選”和“設定溫度細選”鈕，選擇設定加熱盤為所需的溫度（如90.0°C）值。2、 將“測量選擇”開關撥向“上盤溫度”檔，打開加熱開關，觀察加熱盤溫度的變化，直至溫度穩定，此時加熱盤可能達不到設定溫度，可適當調節“設定溫度細選”使其溫度達到所需的溫度（如90.0C），這時給加熱盤設定的溫度要高于所需的溫度（如90.0C），把此時溫度計為T1，讀出千分表數值S1。3、 重復步驟2,設定溫度依次遞增5°C，且遞增5次（如依次為95.0C、100.0C、105.0C、110.0C、115.0C），隨著溫度的上升，千分表開始旋轉，當溫度穩定后，千分表停止動作，記下此時的溫度值（T、T、T、T、T）及千分表讀數（S、S、S、S、S）。2 3 4 5 6 2 3 4 5 64、 用逐差法求出溫度每升高5C時銅桿的平均伸長量，由（2）式即可求出銅桿在這個溫區（如90.0C，115.0C）內的線脹系數。五、數據記錄及處理1、測量銅桿室溫時的原長L測量次數123平均值L/mm2、記錄對應溫度時的千分表讀數T/°CS/mmT=S=T2=T+5°C=S=T3=“+10°C=S=T4=T+15°C=S=T=T+20°C=S=T6=“+25°C=S=3、計算得到銅桿的線脹系數①溫度每升高5°C時，由逐差法處理數據，可得銅桿的平均伸長量AL為:(L-L)+(L-L)+(L-L)AL=—4 1————5 2 3x3-6 (mm)②銅桿在（T1=°C，T=6°C）溫區的線脹系數為ALa=——=5L(°C)-14、誤差分析六、 注意事項1、 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）；