大学物理实验固体线膨胀系数的测定有哪些误差来源？
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发布时间：2022-04-22 04:38
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时间：2024-02-21 07:11
主要误差来源于热膨胀系数与材料的化学组成、合金元素对合金热膨胀的影响等。
热膨胀系数与材料的化学组成、结晶状态、晶体结构、键的强度有关。组成相同，结构不同的物质，膨胀系数不相同。结构紧密的晶体，膨胀系数较大；而类似于无定形的玻璃，往往有较小的膨胀系数。键强度高的材料一般会有低的膨胀系数。
合金元素对合金热膨胀有影响，简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的膨胀系数介于内组元膨胀系数之间。而多相合金膨胀系数取决于组成相之间的性质和数量，可以近似按照各相所占的体积百分比，利用混合定则粗略计算得到。
扩展资料：
实验固体线膨胀系数的测定要求规定：
1、质点间的作用力越强，质点所处的势阱越深，升高同样温度，质点振幅增加得越少，相应地热膨胀系数越小。当晶体结构类型相同时，结合能大的材料的熔点也高，熔点高的材料膨胀系数较小。
2、由于顶杆和支持器尺寸较长，高温炉的加热条件难于使温度分布均匀一致，顶杆和支持器之间的膨胀量难以相互抵消，所以膨胀的测量值需要校正。
3、测量温度可高达2000℃，目镜上的测微计直接测量试样伸长量。所用试样较长，加热炉要有足够的恒温带。
参考资料来源：百度百科-线膨胀系数
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时间：2024-02-21 07:11
主要误差来源：
1、若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。
2、滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。
3、数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。
4、测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生。
材料膨胀或收缩的程度。分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。
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石墨的层内结合力强，层向a值很小(1×1010K)，层间结合力很弱，层间方向a值高达27×10K对于具有很强的非等轴性的晶体，某一方向上的n值可能为负数。
由各向异性多晶体组成的耐火材料和由各相a值不同的多相多晶体组成的耐火材料，在烧成冷却过程中材料内会产生内应力。当晶界处于高的应力状态时，材料强度降低，甚至产生微裂纹。气孔率对耐火材料的热膨胀特性也有影响。当气孔使材料内颗粒间的结合变弱时，a值变小。
而连续固相中的封闭小气孔几乎不影响a值。多相多晶和复合材料的线膨胀系数是可以根据物相组成进行计算的。所有计算公式都以各相之间在内应力作用下不产生微裂纹为前提，所以实际上是一种近似的估算，多微裂纹的耐火材料，a的实测值和计算值的偏差可以用作衡量显微结构中缺陷数量的一种尺度。
参考资料来源：百度百科--线膨胀系数
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时间：2024-02-21 07:12
主要误差来源：
1、若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。
2、滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。
3、数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。
4、测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生。
材料膨胀或收缩的程度。分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。
扩展资料：
线膨胀系数随温度变化的规律类似于热容的变化。a值在很低温度时很小，随温度升高而很快增加，在德拜特征温度以上时趋向于常数。线膨胀系数的绝对值与晶体结构和键强度密切相关。键强度高的材料具有低的线膨胀系数。
相对金属材料，耐火材料的键强大，线膨胀系数小。一般氧化物的α值在(8～15)×10K范围，二元硅酸盐物质的α值一般在(5．2～10)×10K碳化物的a值为(5～7)×10K金刚石为1×1010K石英玻璃则由于其结构松弛。
结构中四面体的线膨胀能为结构中的空隙所容纳，而具有极小的a值(0．5×1010K非等轴晶体沿不同晶轴的a值不同，尤其是石墨这类层状结构的物质。
参考资料来源：百度百科--线膨胀系数
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时间：2024-02-21 07:12
一 固体 的膨 胀 是十 分微 小 的 ， 固体 发 生很 小 的 热 膨胀但 却能产 生 很 大 的应 力 ，膨 胀 系 数 是 工 程 设因 线 计 、 密 仪器 制造 、 精 材料 焊 接 和加工 中必须 考虑 的重要参 数之 一 ． 学 习线 膨胀 系数 的测 定 是 十 分有 意 义 的 ． 在 式 中 ， 是 光杠 杆 后 足 垂 直距 离 ，前 加 热 后 与 加 热 前 在 望 远 镜 中读 得 标 尺 刻 度 差 ， 为尺 至光 杠杆 的距 离 ． D 为 了减小 人 为 误 差 ， 般 要 测 量 多个 末 温 t 的望 远镜 读数 咒 进行 计 算 ． 设 测量 了 i 假 组数 据 ， 由 1式 的定 义 ， 1式 有r 即 Lf 一1 — ： 。（l l 、 l。 —） l 由 2 式可 得.
测定 固体线膨胀系数理论进行详细分析 的同时 ， 发 现实 验 中往 往 忽 略 了采 温 间 隔 对 线 膨 胀 系 数 的 影 响， 给实 验结 果带 来 了理论 误 差 ， 加 了固体线 膨 胀 增 系数 的非 线性 效 应 ． 文 以光 杠 杆 法 测 定 固体 的线 本 膨胀 系 数为 例 ， 这 一理 论误 差 的影 响 ．
1 线膨 胀 系数 的定 义4 一 5对5 式两边分别求和， 且认为
a ＝a 得到 ， I l L ～2 D 一 u ＼ 。
￡ ＋ ： 。 （1 z） 。 — U L 〔z ／ U。
5（2一t） 1 t 1￡ ＋… ＋（ —t 1￡一〕 t ） 1 一
即 实验证 明 ， 固体 的线 膨 胀 与 温度 的增 加 固体 的原长 和该 固体 的种 类有 关 ． 当温度 改变 不 大时 ， 固 体单 位 长度 的改 变量 近似 地 和温 度改 变量 d 成 z 正 比，
即d L （ 一尺 ） 2L（ —t ＋∑ （ —t1 （ 一 o Do t ） t i） R －R） （） 即 为 由定 义 7 推导 出来 的 i 测量 数7式 1式 组 r ：口 … d z 、， 据计 算线 膨 胀系 数 的理论 公式 ． 一 1 7 式 中 a称 为线 膨胀 系数 ，
￡ 是该 固体 在温 度 t时 的长度 ．
2 线膨胀 系数测 量原 理 的分析
3 固体 线膨 胀 系数 测量 原 理的 理论 误差 分析
1 式定 义 表 明 ， 非 规定 了温 度 的变化 过 程 ， 否则 ， 固体 线膨 胀系 数 a的数 值 是不完 全确 定 的 ． 但科 学研 究 中 ， 以测 量 a随 温 度 的变 化 值 ， 可 在教 学 中 ， 由于实 验条 件 的* ， 只能测 量一 定 温度 范 围内的 等 效 平 均 值 ． 此 规 定 温 度 均 匀 变 化 ， 在许多技术应用 中， 常用简化 的等效平均值来代替 实 际的非 线性 值 ， 一般 认 为 2 q 即 OC至 I0C的 固 O￣ 体 线膨 胀 系数 近似 为 常量 ， 人们 往往 忽 略了采 温 间隔 对 固体 线 膨胀 系数 a的非 线 性 的影 响 ， 多 组测 量数 据计 算线 膨 胀 系数 的公式 就 为 △ 代替 d ， △ 代替 d ， 用 ￡ ￡用 z z根据线膨胀 系数的 定义 ， 只要用实验方法测得 固体的 ￡ 、 ￡ A 等量 ， 0△ ， t 便可求出 a 若以光杠杆法测量 △ ， ．
￡ 有 A ： L 2 K（ ￡ R 一R ） o 8
开始 时 左侧 导 体棒 静 止 ， 右侧 导 体棒 具 有 向右Bq L ： 删 一0 ： 1 m — 一 7：f ．
g7 ＝ l ＝ ￡l ＝ △
由上jE ￣1 －l r 何q 性． 当然 ， 固体线膨 胀 系 数 的非 线 性 效 应 （ 即温 度梯度 ）的大 小 以及 理 论 误 差 的大 小 ， 全取 决 于 温 度 采样 △￡ 的大小 ． ， 取 J 0＝5 ．0c 温度 范 围在 2℃ 0O m， 0 右运 时产感 电势两解 当棒 动 ， 生 棒 中都 有感 应 电流 通过 ， 右棒 受到安 培力 作用 而减速 ，
8式 7式 相 比较 ，缺 少 一 项 ， 此定 义 8式 7式 分 在 为
∑ （ 一 ）（ 一 o t t KR R）
I（9 ） 到 10C时 ， 0￣ a＝20 ．0×1 o At 间隔 ， 0 C～， 等 分别等于 1 2 o 5C、0C、0C、0C．
计 算 得 C\1 ￣ 2 ￣ 3 ￣ 用 7 式 o C、 o 即 8 式引 入 了 一 个 理 论 误 差 ．
比较 可 知 ， 到 的固体线 膨胀 系数 越大 ， △￡ 用 7 式计算 得 到的 固体 线 膨胀 系数 的非线 性 效 应 就越 大 .但 8 式得 到的 固体 线 膨胀 系数 比7得 到 的 固体线膨胀 系数 大 ， 采温 相 隔 间隔越 越 大 ，且 8 式得 到 的固体线膨 胀系 数误 差就越 大 ．
这种非 线性 并不 明显 ， 实验 中其 他 系统 误 差均 大于这个理 论误 差 ， 人们 为 了简便 计算 ， 常常 用简化 的等 效平均值代替客观真值 ， 其结果不失科学性．
结论 针 对 现 行 大 学 物理 教 材 中 固体 线 膨 胀 系数 的定 义 ， 以光杠杆 法测定 固体线膨 胀系数 为例 ， 对测 量原理 进行 了详 细 地 分析 ， 到 了多 组 测量 数 据 得 计 算线 膨胀 系数 的理 论 公式 7 同 时提 出实 验 中 ，人们 往往 忽 略采温 间 隔 △￡ 的大 小 ， 常利 用 8式 计算 ， 给实 验结果 带 来 一 定 的理 论 误 差 ． 分 析 发现 △￡ 大 ， 计算 得 到 的固体 线膨胀 系 数越 用 7式,不 同 △￡ 条件下用 （7式计算得到的固体线膨胀系数 的非 线性效 应就 越大 ．
因此 ， 在实 验 过 程 中 该尽 量使 △￡ 小 ． 在假设 固体 线膨胀 系数 为常 量 的前 提下 ,用 7式 计算 得到 的 固体 线膨 胀系数 就具 有一 定 的非 线.
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时间：2024-02-21 07:13
①
若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。
②
滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。
③ 数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。
④ 测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生.
