固体热膨胀系数的测量
实验三 固体线膨胀系数的测定
实验三 固体线膨胀系数的测量【实验目的】1．了解热膨胀现象。
2．测量固体线膨胀系数。
【实验仪器】EH-3型热学实验仪，铜棒，铁棒，千分表。
【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。
就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。
两相邻粒子间的势能是它们之间距离的函数，其关系可用势能曲线描绘如图3-1。
在一定的温度下，粒子在其平衡位置r o 附近做热振动，具有一定的振动能量E 。
由于势能曲线的非对称性，热振动时的平均距离r 大于平衡距离r o 。
若温度升高（T 1、T 2），振动能量增加（E 1、E 2），则两原子之间的平均距离也增大（r 1、r 2），随之固体的体积膨胀。
因此，热膨胀现象是物体的势能曲线的非对称特性的必然结果。
固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。
对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。
实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即： αt L L ∆=∆ 式中，比例系数a 称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。
设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高时，其长度为L t 。
t L L L t α=-00 （3-1） L t = L 0（1+αt ）。
（3-2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（3-2）或写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3-3）L 2=L 0（1+αt 2）， （3-4）将式（3-3）代入式（3-4）化简后得图3-1 势能曲线⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∂11221t L L t L L （3-5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（3-5）可简写成 ()121t t L L -∆=α （3-6） 只要测出L 1，ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。
固体热膨胀系数的测量实验分析报告
固体热膨胀系数的测量实验分析报告实验目的：测量固体的热膨胀系数。
实验原理：固体的热膨胀系数是指单位温度变化时单位长度的线膨胀量。
根据热膨胀原理，当固体受热时，其温度会升高，分子间的热运动增加，导致固体的体积扩大；反之，固体受冷时，温度降低，分子间的热运动减小，导致固体的体积减小。
实验中通过测量固体在不同温度下的长度变化，可以确定固体的热膨胀系数。
实验仪器和药品：1.固体样品（例如：金属棒）2.刻度尺3.温度计4.温水槽实验步骤：1.准备固体样品，选取一个具有良好导热性能的样品，例如金属棒。
2.在固体样品的两端分别固定一个刻度尺，确保刻度尺能够垂直于样品，并能够准确读数。
3.准备一个温水槽，将温水槽中的温度调整到较低温度，并记录下该温度。
4.将固体样品的一端放入温水槽中，让其与温水接触，使其温度逐渐上升。
5.当固体样品的温度稳定在一个值时，记录下该温度和此时固体样品两端刻度尺上的刻度值。
6.重复步骤4和步骤5，直至固体样品温度达到最高温度，同时记录下所有温度和相应的刻度值。
7.将温水槽中的温度调整到较低温度，实验完成。
数据处理与结果分析：1.将实验数据整理成表格，表格中包括温度和相应的刻度值。
2.对每个温度和刻度值计算相应的长度值。
3.根据固体样品的初始长度和相应温度下的长度值，计算出固体样品在每个温度条件下的线膨胀量。
4.绘制出温度和线膨胀量之间的折线图。
5.利用得到的实验数据，根据公式计算固体的热膨胀系数。
6.对实验结果进行分析和讨论，比较不同温度下固体的热膨胀系数的大小差异，分析可能的影响因素。
实验注意事项：1.实验过程中要注意安全，避免烫伤和意外发生。
2.在记录刻度值时要保持准确性，尽量避免因误差导致实验结果的不准确。
3.在测量固体样品长度时要保持样品处于稳定不受外力影响的状态。
4.温度的控制要稳定，确保固体样品温度的准确性。
5. 在计算热膨胀系数时，要注意单位的一致性，通常使用℃和mm。
干涉法测热膨胀系数
干涉法测热膨胀系数【实验目的】1、 了解迈克尔逊干涉仪的基本原理。
2、 采用干涉法测量试件的线膨胀系数。
【实验原理】 1、固体的线膨胀系数在一定温度范围内，原长为0L （在0t ＝0℃时的长度）的物体受热温度升高，一般固体会由于原子的热运动加剧而发生膨胀，在t （单位℃）温度时，伸长量△L ，它与温度的增加量△t （△t=t-0t ）近似成正比，与原长0L 也成正比，即：△L=α×0L ×△t （1）此时的总长是：t L ＝0L +△L （2）式中α为固体的线膨胀系数，它是固体材料的热学性质之一。
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 1000•∆=-=α （3） 由上式可见，α的物理意义：当温度每升高1℃时，物体的伸长量△L 与它在0℃时的长度之比。
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。
当温度变化较大时，α可用t 的多项式来描叙：α＝A+Bt+C 2t +……式中A ，B ，C 为常数。
在实际的测量当中，通常测得的是固体材料在室温1t 下的长度1L 及其在温度1t 至2t 之间的伸长量，就可以得到热膨胀系数，这样得到的热膨胀系数是平均热膨胀系数α：()()1212112112t t L L t t L L L -∆=--≈α （4）式中1L 和2L 分别为物体在1t 和2t 下的长度，△21L ＝2L -1L 是长度为1L 的物体在温度从1t 升至2t 的伸长量。
在实验中我们需要直接测量的物理量是21L ∆，1L ，1t 和2t 。
2、干涉法测量线膨胀系数图1 干涉法线膨胀系数原理图采用迈克尔逊干涉法测量试件的线膨胀系数如图1所示，根据迈克尔逊干涉原理可知，长度为L 1的待测试件被温控炉加热，当温度从t 1上升至t 2时，试件因线膨胀推动迈克尔逊干涉仪动镜（反射镜3）的位移量与干涉条纹变化的级数N 成正比，即：2λNL =∆ (5)式中λ 为激光的光波波长。
仿真实验报告——膨胀系数
大物仿真实验报告——固体热膨胀系数的测量班级：宗濂31学号：2132000013姓名：王蕊一、实验目的测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。
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t1加热至末温t1，物体伸长了,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，用表示。
即一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍，即，利用已知的，我们可测出液体的体胀系数。
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。
在式（1）中，是一个微小的变化量，以金属为例，若原长 L=300mm，温度变化，金属的线胀系数，估计。
这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。
固体线膨胀系数的测量
75实验八 固体线膨胀系数的测量一般物体都具有热胀冷缩的特性，这是由于物体内的粒子运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减小下来，使物体收缩。
因此在日常生活生产中要注意“热胀冷缩”效应所产生的负面影响。
但水（0-4℃）、锑、铋、镓和青铜等物质，受热时收缩，遇冷时会膨胀，恰与一般物体特性相反。
【预习思考题】1.如何检验铜棒两端已被顶住？2.为什么要在加热之前读出千分表的初读数？【实验目的】1.了解热膨胀现象。
2.测量固体线膨胀系数。
【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。
就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。
固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。
对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。
实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即：αt LL∆=∆ 式中，比例系数α称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。
设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高到t ℃时，其长度为L t ，则t L L Ltα=-0（1）76L t = L 0（1+αt） （2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（2）可写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3） L 2=L 0（1+αt 2）， （4）将式（3）代入式（4）化简后得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=11221t L L t L Lα （5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（5）可简写成()121t t L L-∆=α （6）可见，只要测出L 1、ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。
【实验仪器】EH-3型热学实验仪（示意图见实验十）、铜棒、游标卡尺、千分表。
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
实验目的：本实验旨在测量一种材料的固体线膨胀系数。
实验原理：当材料受到温度变化时，其热膨胀系数表示材料在单位温度变化时，长度或体积变化的百分比。
热膨胀是物理性质。
它描述了随温度升高而对应体积变化的比例，其中热膨胀系数就是衡量变化的指标。
实验中，通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验装置：实验所用的装置包括：精密钢丝、温度测量仪、电子天平。
实验步骤：
1. 用电子天平称量一根精密钢丝的质量，记录其质量m。
2. 把精密钢丝放入一个恒温箱中，控制温度T。
3. 在恒温箱中保持温度T恒定，并不断观察精密钢丝的长度L，并定时记录。
4. 将所记录的温度和长度数据代入公式计算固体线膨胀系数α。
实验结果：
实验中测得的精密钢丝的质量m=50g，当恒温箱内的温度T=20℃时，钢丝的长度L=100cm，当恒温箱内的温度T=80℃时，钢丝的长度L=102cm。
根据以上数据，计算出精密钢丝的固体线膨胀系数α=0.02/℃。
实验结论：从本实验结果可以看出，精密钢丝的固体线膨胀系数为0.02/℃，表明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
实验总结：本实验中，我们通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验结果表明，精密钢丝的固体线膨胀系数较低，说明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
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。
物质热膨胀系数测量的方法与数据处理
物质热膨胀系数测量的方法与数据处理热膨胀是物质在受热时发生体积变化的现象，而物质热膨胀系数则是描述物质在受热时体积变化程度的一个参数。
测量物质热膨胀系数的准确性对于许多领域都至关重要，包括建筑工程、制造业以及材料科学研究。
在本文中，我们将探讨热膨胀系数测量的方法以及相关的数据处理技术。
一种常用的测量方法是线膨胀法。
该方法利用了物质在加热过程中线性膨胀的特点。
首先，将待测物质置于一个恒温环境中，然后通过加热系统使其升温。
在升温过程中，使用光学显微镜或光栅尺等设备来测量物质长度的变化。
通过记录不同温度下的长度值，并计算出物质的线膨胀系数。
理论上，线膨胀法是一种比较简单的方法。
然而，在实际应用中，仍然存在一些挑战。
其中一个挑战是温度测量的准确性。
为了确保测量结果的可靠性，需要使用高精度的温度计，并确保温度计的测量范围覆盖了所需的温度范围。
此外，还需要注意环境温度的稳定性，以避免环境温度变化对测量结果的影响。
除了线膨胀法，还有一种精确测量物质热膨胀系数的方法是悬臂梁法。
该方法利用了物质在加热时扭曲的特性。
通常，将一根细长的杆件固定在一端，称为悬臂梁。
然后，加热悬臂梁并测量其挠度。
通过测量不同温度下的挠度，并结合悬臂梁的几何参数，可以计算出物质的热膨胀系数。
与线膨胀法相比，悬臂梁法需要更复杂的实验装置和仪器。
但是，它的测量结果更加准确，适用于对热膨胀系数要求较高的研究和应用。
在实际操作中，需要考虑悬臂梁的材料选择、几何参数设计以及测量设备的稳定性等因素，以确保测量结果的精确性。
在得到物质的热膨胀系数数据后，还需要进行一系列的数据处理和分析。
其中之一是校正。
由于实际实验条件的限制，得到的测量数据可能会受到一些误差的影响。
因此，需要对原始数据进行校正处理。
校正方法包括零位校正、误差分析等。
此外，还可以将同一物质在不同实验条件下得到的热膨胀系数数据进行比对。
通过比对，可以验证物质热膨胀系数的一致性，并评估不同实验条件对热膨胀系数的影响。
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固体热膨胀系数的测量
院系名称：土木建筑学院
专业班级：土木工程##班
学生姓名：##．．
学号：20104804####
2011年 5 月16日
实验项目名称：固体热膨胀系数的测量
一、实验目的
1、测定铜丝的线膨胀系数。
2、学会用光杠杆方法测量微笑的长度变化。
二、实验原理
1、当固体温度升高时，固体内微粒间距离增大，结果发生固体的热膨胀现象，因热膨胀所造成的长度的增加，称为线膨胀。
设温度为t。
℃时长度为L。
的金属杆，当温度升为t℃时，其长度为L，则：
L=L。
×[1+a（t-t。
）]
其中a称为线膨胀系数，其数值因材料的不同而不同，这反映了不同的物质有不同的热性质。
2、光杠杆放大微小长度：
ΔL≈Nb/2D
三、实验仪器
光杠杆、温度计、电源、米尺、散热器、铜丝。
四、实验内容及步骤
1、调节光杠杆的平面镜，使平面镜与标尺平行。
2、调节望远镜的视野分别调节望远镜的底座、目镜、调焦以及固定装置，使望远镜视野符合要求。
3、控制加热电源、电压，调节电源开关和加热电压。
4、观察温度计指数的变化和光杠杆指数的变化，记录变化数据。
5、测量光杠杆的臂长和平面镜到标尺的距离。
6、处理数据，计算铜丝热膨胀系数。
五、实验数据记录与处理
1.记录温度，如下表
记录L=50.7cm，l=0.04cm
2.记录光杠杆的长度
光杠杆的臂长：6.20cm
平面镜到标尺的距离：188.50cm 3.根据比例计算可得
δL/6.20=（L-l）/188.50
得δL=1.67cm
根据公式计算，α=δL /L(t-to) 得α=0.00041℃-1。