Pasco固体线膨胀系数的测量1
更新时间:2024-06-24 11:58:01 阅读量: 综合文库 文档下载
固体线膨胀系数的测量
丁铮莹2011329700220 陈昊政 2011329700217
任何物体都具有“热胀冷缩”的特性,这个特性在工程设计、精密仪器设计、材料的焊接和加工中都必须加以考虑。在一维情况下,固体材料受热后长度的增加称为线膨胀。传统的测量方法主要有光杆法和螺旋测微法,测量过程比较繁琐,测量误差也比较大。本实验利用温度传感器、旋转移动传感器、数据采集接口器和计算机构成的实验系统,对材料的线膨胀系数进行分析和测量。
实验目的
1. 了解物体“热胀冷缩”的程度和特性,绘制材料“伸长量—时间”、“温度—时间”曲线变化量。
2. 学习用计算机控制对固体线膨胀系数的实时测量技术。 实验仪器
计算机,数据采集接口器,PASCO物理实验组合仪。
实验原理
在相同的条件下,不同的材料,其线膨胀的程度各不相同。我们用线膨胀系数来表达材料的这种性质和差别。测定材料的线膨胀系数,实际上归结为测量在某一温度范围内材料的微小伸长量。
实验表明,在一定温度范围内,原长度为L的固体受热后,其相对伸长量
?L/L正比于温度的变化量?t,即:
?L/L=??t (1)
式中?称为固体的线膨胀系数。不同材料具有不同的线膨胀系数,塑料的线膨胀系数最大,金属次之,熔凝石英的线膨胀系数很小。在一般情况下,在温度变化不大的范围内,对于一种确定的固体材料,可认为线膨胀系数是一个具有确定值的常数。
对于杆状或棒状的固体材料,由式(1)可知,在温度变化?t时,测量出材料长度变化的增量?L,则该材料在温度变化区域内的线膨胀系数为:
?=?L/L?t (2)
?的物理意义:棒状材料在温度变化区域内,温度每升高一度时的相对伸长量,
单位是1/0C。严格地讲,求出的?是温度变化?t区域内的平均线膨胀系数。
实验利用沸腾的水蒸气来加热待测金属杆,并保持末温度不变。采用温度传感器自动读取待测金属杆的温度变化量?t,旋转移动传感器自动测量棒状物体的伸长量?L,根据式(2)便可求得待测金属杆的线膨胀系数。
主要步骤
1.测量出待测金属杆在室温下的原长记为L。按实验装置图所示,安装实验装置(TD-8579)
2.将旋转移动传感器(CI-6538)和温度传感器(CI-6527A)的输入插头分别接入数据采集接口器相应的通道。打开科学工作室默认窗口界面,选择“转动传感器”(旋转移动传感器(CI-6538))和“热敏电阻传感器”,校准传感器工作参数。
3.打开 “图形显示”窗口,在同一个图表中建立两个坐标系。其中一个坐标系的纵坐标设为温度变化量?t,用于显示温度变化量随时间变化的曲线。另一坐标系的纵坐标设为待测金属杆的伸长量?L,用于显示待测金属杆的伸长量随时间变化的曲线。
4.接通水蒸气锅(TD-8556A)的电源,开始对水加热。待水沸腾后,把金属杆进气橡皮管接到水蒸气锅的出气端口,用水蒸气加热待测金属杆,点击“启动”图标开始采集测量数据。
5.在两个坐标系中,测得待测金属杆的温度变化量?t和伸长量?L,由式(2)求出待测金属杆的线膨胀系数。
6.重复上述实验步骤,测出其他待测金属杆样品的线膨胀系数。
7. 记录实验环境条件,整理好实验仪器。
实验内容
1.测量出待测金属杆在室温下的原长记为L。
2.按实验装置图所示,安装实验装置(TD-8579),安装过程中要注意: (1) 待测金属杆进气端口的卡口嵌入底座的凹槽内,以固定待测金属杆。 (2) 弹簧卡住待测金属杆,以确保待测金属杆和旋转移动传感器的转轴紧密接
触。
(3) 温度转感器和待测金属杆紧密接触,并用保温膜将它们包好。 (4) 在水蒸气锅内加水至2/3处,严禁水蒸气锅无水空烧。
(5) 水蒸气锅的密封盖上有两个出气孔,将其中一个用橡皮塞堵住,另一个连
接橡皮管,实验时接至待测金属杆的进气端口,用于加热待测金属杆。 用水杯接在待测金属杆的出气端口,以防止水溢出到桌面上,并注意不要弯折出气软管,避免出气通道堵塞。 3.测出待测金属杆样品的线膨胀系数。
水蒸气锅 数据采集接口 温度传感器
旋转移动传感器 保温膜 待测金属杆
实验装置示意图
物质名称 铝 铜 铁 金 银 铜(0.05%碳) 康铜 铅 锌 铂 钨
附表: 固体线膨胀系数 温度/C 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0~100 0膨胀系数/ ╳10 C 23.8 17.1 12.2 14.3 19.6 12.0 15.2 29.9 32 9.1 4.5 -60-1实验数据
铜
经测量:长度(L):46.00cm 直径(d):1.980mm 由图得:温度从29.6度到83.6度,变化了54.0度
角度变化了0.367弧度 a= 1.6*10^(-5)℃
-1
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