【doc】测定固体材料线膨胀系数的一种方法
测定固体材料线膨胀系数的一种方法 第l8卷第4期哈尔滨科学技术大学
1994年12月JOURNALHARBINUNIV.SCI.&TECH.VO1.18No.4
Dee.1994
测定固体材料线膨胀系数的一种方法
李山东侯庆春黄建伟
(哈尔滨科学技术大学)
摘要根据等厚干涉原理.提出了一种测定固体材料受热后微小伸长,并计 算其线膨胀系数的方法.
关键词线膨胀系数等厚干涉
分类号TG806
固体材料受热后的伸长是一个微小的长度量.用一般的长度测量仪器很难测准,因而
在一般的测量方法中,除必须采用较精密的长度测量仪器外,还要求样品具有较大的长度,
这给测量带来诸多不便.为此本文介绍一种测量线膨胀系数的新方法. 1测量原理
1.1线膨胀系数
假设0?时固体长为厶l,当温度升至t?时,其长则为【l】
L=Lo(1+Ctt)(1)
式中的Ct为该圈体材料的线膨胀系数.当温度变化不大时,Ct近似为一常量,且数值很小,
不同材料,不同温度区域Ct值不同.
如果固体在温度t.,,2时长度分别为LI及厶,则根据(1)式有: Ll=Lo(1+Ctt1)厶=(Lo(1+oc,2).
由于,.,t:不大,且.,,2远远小于l,所以可得:
一
L2
:?l+ocr,2_,I)L1Ct
l
+tl…,'''
则L—LIAl
?莉(2)
其中,?f是固体在温度从t.升至,2时所产生的伸长量.只要能测出?f,L.,tI,t2各
量,则材
料在t,至t2间的线膨胀系数便可求出.
12等厚干涉+.
当单色平行光照射在由两块玻璃平晶M.,形成的 劈尖上时(其夹角0很小).如图l所示,在M.表面将看 到一组明暗交替,与两平晶交线平行且等间隔的干涉条 纹.条纹间距d(相邻明纹或相邻暗纹间距离)为: d=
等
式中,n为劈尖间媒质的折射率,为入射光波波长,S为平晶有效长度.
城门姐.i?^九c一
11—
74
则
哈尔滨辩掌技术大第18誊
当f发生变化时,干涉条纹间距将变化,根据(3)式,对应于f,和f^分有,
11-s瓮
:
鲁(击一1=一?
如果?f是样品受热后产生的伸长量,只要测出样品受热前后干涉条纹间距d,,d以
及S,
则?f便可求出.
2测量装置及测量方法
2.1测量装置
图2为测量装置,加热电炉的炉温由调压器控制. 温度由测温装置测定.
被测样品放置在电炉的等温区内,两端为玻璃棒. 根据所用平晶的大小和各量测量误差的情况,选定样 品长L.为3,4cm.
2.2测量方法
1)用读数显微镜测量样品在室温下的长度LJ以及 平晶有效长度s;
2)测量初始炉温(接近室温),调整微调螺旋,使 两平晶形成夹角很小的劈尖,用读数显徽镜测出此 时干涉条纹间距dz;
图2
.
框架
B.加热电炉
测量装置
C.试样与玻璃棒
D.平品
E读数显徽镜
徽调螺旋
3)接通电源,调整调压器输出电压,使炉温恒定在某一温度(不超过100?),测出此
时炉温及干涉条纹间距d,(可选多个温度并分别测量); 4)测量炉温分布(用来计算玻璃棒伸长). 3测量结果及数据处理
被测样品为铝条,测量结果如下:
L.=3.960:t:O.O05cm,S=5.56~0.05cm
样品温度,为1O.54-0.5,39.】土0.5,62.9?0.5?时,干涉条纹间距分别为0.184l~0.0006,
0.04344-0.0002,0.0261土0.0002cm.'
根据公式(2)和(4)可得
将测量数据代入(5)式有
:!二(5)
2ndl2L,(,2一)
,=25.5×10—6/'c:=26.0×10,6/?=26.5×10一V'c
考虑温度升高玻璃棒伸长的影响,经修正后得:
第4期李山东等:测定固体材料线膨胀系数的一种方法75 :=22.8×10一/'c,相对误差E.
<10%(粗算)
此结果接近铝在0,100?时的标准值c[=23.8×10/?.
4结论
根据实测并加以计算,证实这种测量线膨胀系数的方法育如下优点: 1)测量装置体积小,调整方便,电炉的恒温区易保证;
2)对样品形状要求不严格,板,柱均可:
3)测量结果较准确,测量方便.
如果在测量装置上进行一些改进,例如将玻璃棒换成石英棒,增大平晶有效长度,增加
测量装置系统的稳定性等,测量精确度必将进一步提高.
参考文献
1林抒,龚镇雄.普通物理实验.北京:人民教育出版杜,1981. 2唐炳华等.大学物理学.哈尔滨:学苑出版社,1989. 3粱绍荣等.波动光学与近代物理.北京师范大学出版杜,1985. AWaytODetermieSolidLinearExpansionCoefficient
LiShandong,HouQingdmn,HuangJianwei Absa~actBytheprineipleofinterferenceofequivalentthickness
,weintroduceadetenniI1atj0n
ofslihgtelongationofaspecilncnafterheatedandthenprocecdtocalculatelinearex
pal1s.on
coefficientofasolidmateria1.
KeyWordslinearexpansimcoeffient,
interference
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