测定材料线膨胀系数的新方法

测定材料线膨胀系数的新方法 摘 要 本文提供 的测定材料线膨胀系数 的新方法，步骤简便，费用低，在普 通的光学 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 即可周满完成。 由光学平玻璃板 、B与待测材 料稍成的细丝C构成空气尖劈。用光 照射尖劈，测得C在常温与高温时的 干涉条 纹 宽 度 、 z及高温 f z，即 可 由公武 a = 束汲阁 孔宪生 (末 北捧 大材理 薯) 计算 出C的线膨胀系数口 材料的线膨胀系数的测定，对社会生产与 人们生活均具有重要意义。高精度的测量可以 由膨胀干涉仪来完成，这是 目前最好的测定方 法。但是，它必须配备成套的仪器和设备，必 须对待浏样品进行精细的加工，因面费用较高。 本文提供了新的测量方法。这种方 法 步 骤 简 便，费用低廉，在普通的光学实验室即可完成。 测定所需要的仪器与备品主要有 铡长显 微镜一台(放大率在 3o倍到 600倍之同均可)， 钠光灯一台，光学高温计，规格完全相同的光 学平板玻璃两块( 、B)，必备的电热装置等。 先特光学平板玻璃 、B上下 叠 台 在 一 起，使 的下端边与B的上端边相接合 (见图 1)。掀起 板的一端，在 与 间夹入由待测 材料制成的呈圆柱状的细丝 C，令其取向与 和B的接台端线平行。这样，就在 与B两板间 形成了很薄的空气尖劈。 当我们 以单色平行光 垂直照射尖劈时，在 、B两板正上方，可观 察到清晰的等宽等间距的直带状干涉条纹，条 纹取向与 和B的接合端线平行。在荷测材料 ■ 1 细丝 C的两i葺l加一稳恒电 压，则C受 热 膨 胀 (或用其它方法加热)，其垂轴截面径向线度增 加，因面导致劈尖膜面 夹 角增 大，干涉条受 变窄。 通过条纹间距的测量， 可定出待测材料 的线膨胀系数 。 这种测定方法韵理论依据和计算公式，可 作以下说 明与推导。 在 、B两光学平板玻璃问夹入待测材料 细丝C后形成了空气尖劈膜。膜的上、下表面 反射光的光程差 6及干涉极值条件由下式决定 1 6=2nhcosl +÷ ‘ n 亮(，一 1， 2， 3⋯) = { I (2，+1)—} 暗(，=0，1，2⋯) l 其中， = 1，为空气折射率} h为空气 膜的厚度 为空气膜上表面的光线折射 角， 当光线垂直膜面射下时，i =0 J 为光 波波 长； ，为干涉级次，取整 数。这 样，上 式 简 维普资讯 http://www.cqvip.com fn 亮 ¨牛 ) 暗 由于膜介质 (空气)对环境介质 (玻璃) 而吉，是光疏介质，故(1)式中半波损失一项 前取了 + 号。 设尖壁交棱 (A与B的接合端线)至待测 材料细丝 C的距离为 L，尖劈膜面夹角为 e， 细丝 C的横断面直径为 毒，刚 tg e 若第 ，级与第 ，+ 1级亮条纹所对应的空 气媵厚度分别为 ．^、 ^(见图 2)，光程 整 分 别为 、5n” 则按(1)式有 一2 +— 一n 5，+l毳幽 I+—^1 昌(，+1) 故此，相邻两亮条纹 (或暗条纹)所对应空气 膜的厚度之差 厶^ 一^ J+J一 一÷ 圈 2 条纹间距 以 表示，则 咖e一 =告 考虑到 e值很小，故有 e一如e=去一tg e一÷ 一 (2) 设室温 t。时特涮材料细丝C的横断面直径 为 ，加热至温度 t 时 C的横断面直径 为 C加热前后测得的干涉条纹 间距分另簟曲 ， 则由(2)式可得 专一# (3) 屯 l 、 通常待测材料细丝 (圆柱形)在长度方向 上的热膨胀符合线性规律。设温度 f时 、B 间的细丝长度 为 ， 在 0℃、t。、t 时，其 长 度分别为 f。、，。、? ，刚有· f=，o(1 4- ) (4) 其中a为细塑材料的线膨胀系数，由于 fI为常 温，f 为测量时所加的高温，通常达上千 度， 所以有 l《 1 和 }一1+ (4) 待测材料细丝C在圆形横断面的径】司热膨 胀，不符合线性规律，须由体膨胀公式推算。 设O．c时长为 的细丝的横断面直径为 。， 体积 材料的体膨胀系数为 B，刚 一 。(1+ ) (5) 其中 为温度 f时该段细丝的体积。即有 一 )| )‘ H 一 ，。(1+Bf) ^ 普=}(苦鲁) “ 一fi r ／ 同理 ．．． p} 《 1 结合(3)，(4)式得 鲁=({{鲁)”。=寺 考虑劐 e=3 可得 [s一( ) 卜。=(专)。一 一 研-x； 面阿 (6) 由公式(6)可知，在精确地测定出待测材 料细丝加热前后尖劈膜干涉条纹宽度 z，及 准确地测定出细丝加热后的温度 f 时，线膨胀 系数 a即可得 出。 测定步骤可按下列顺序进行。 首先将待测材料细丝C固定在电木接线板 的接线柱上，并将它拉直。 再使 、B两光学平板玻璃叠合后，放在 ． 封 维普资讯 http://www.cqvip.com 测长显徽娩的载物台上，与C构成空气尖劈， 夸尖劈交棱与C的取向尽量与测长显微镜的标 足取向垂直。 在渊长显微镜的视场 中，观察剜清晰的干 涉条纹，测出加热前后的干涉条纹宽度 值 、 2。 用光学高温许测出待测材料细丝C被加热 后的温度 。 这样就完成 了．线膨胀系数测定的全过程。 例如，用这种方法，对测得的康铜丝的线膨胀 系数的基本数据作如下处理； 用光学高温计测温度五次，得 i 2— 132I℃ 按标准误差公式 ． s=／ ㈩ 算得 At=±2．5~0 在常温与康铜丝红热对，各测得条纹宽度 * 、 计 10次，每次测量的条纹数为100，得 i 8．457x10 mill i2= 8．295x 10‘ mm 可以认为 Ax．；△托；Ax，按(7)式计算得 A = ±0．45×1O‘ mm 由公式 (6)得线膨胀系数 a的相对误差 公式 ； ， ‘ ： [(r嚣) -(訾)。+( 。( )。 +( ) ( F一 t-4-／ ) 孺 ,1-- "l琴I 1一 依(6)式得 Ⅱ 1．5Zl×10 度 依(8)式得 F = _ 0．45嘶 (8) 所 以 Aa=0．007X10 度 结果得康铜的线膨胀系数 Ⅱ==(1．521士0．oo7)×10‘ 度 用同样的仪器，将细锕丝加热到 853℃时， 测得钢丝的线膨胀系 数 为 (1．104±0．005)X 1O 度 根据理论 与实测可以得知，这种新方法测 量的系统误差较小。这是因为；空气折射率的 变化量在 1O 以下，故其影响可忽略不计·玻 璃的线嘭胀系数在 10 度 数 量 级，被 夹的 一 段圆柱形细丝在被加热时，形成的空气尖劈 只与 、 边线之间的细丝横断面的径向膨胀 有关。 在实测过程中，由于 温 度 f 较 高，故 按 (8)式可知，测温带来的误差约占误差崽量的 20‰左右，测定条纹宽度带来的误差对接个测 量的准确度影响很大。 因此，用这种方法叫量时，只要注意提高 测量 、 的准确度，即可使测量线膨胀系数 的相对误差下降到 0．4凰 以下。 ． A New Method for Determing Linear Expansion Coefficient of Material Song H ange Koag Xian,heng Abstract 帆 The lqew metho~ for determing linear expansion coefficient of material intro- dueed in the paper， has a simple procedure and a low cOSt．It can be done sati— sfac tority in an ordinary optical laboratory． 32 维普资讯 http://www.cqvip.com 四 分 之 一 波 片 快 慢 轴 快 速 判 别 法 事图华 事继仲 (血阜捧范大学散光并兜衙) 摘 要 本文培 出一种判荆单轴晶体 ／4 敢片快慢轴的简捷方法 一 ， 暑1宫 目前普遍使用的渡片多用天然云母或结晶 石英加工制作而成，其结掏特点是晶片的两个 光学主轴(或称快慢轴)与通光表面平行。通常 韵商品渡片只标示了光线正入射时的推迟值， 使甩中要使波片准确地实现所需推迟，常常要 在光培 中对波片的方位进行适 当调整，以消除 由各种因素造成的推迟偏差或实现一片多用 实验表明．如果己知快慢轴的方向，根据推迟 和入射角的关系俪整故片非常方便．奉文介绍 的方法可快速判定任一单轴晶体 ／^4波 片 的 快慢轴，我们稚之为“旋转法 ． ： ，原理 在正交偏光镜之间放入待捌 ^／4波片，谓 至光线正入射，以入射光线为轴转魂渡片使检 偏镜消光，刚波片的快慢轴分剐与两偏光镜的 振动方向平行，在渡片外壳上精确刻画出该方 向，图 1中该方向由 、B两点的连线表示。 将渡片转45 ，刻画点丑由碍f来的位置“1 转动封位置 2 ，此时经过渡片詹的光为圆J偏 振光，经检信后到达观察 屏，光 强 设 为 fo。 然后，以 B连线方向为轴襞慢转动披片， 观察检偏镜 P 输出光强的变化。 现以石英波片为例进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ， 1 、 (一)对推迟董6=(2k+÷ j“， 一 ， 0，1，2，3，．．．⋯的波片 h 曙 l 爿爿 ／4披片快懂辅示t圉 t、Pt——僵光麓} 口一 舟 键斤． ^ ngt veclge i。~omposed of two optical fiat Ilnss pJat~ A，B aid ^ flne wire C to be me矗sured．Measure the width of interference fringe I】 end zl under the ordi量ar and high tempeCatare repectively and the high temperat~tre tl when the -ed暮e is illuminated， tben ~inem"expansion eoe(fieient of the wire C can be de-- termined using 他e formeln a — 维普资讯 http://www.cqvip.com