用等厚干涉测石英玻璃线膨胀系数

用等厚干涉测石英玻璃线膨胀系数伍建军、张鹏、张宇重庆交通大学机电学院重庆400074摘要有查表可得，适应玻璃的线膨胀系数为000000056/，对于如此小的线性形变，常规的测量长度变化的方法显然是不能精确测出其形变量。根据等厚干涉的原理DNL/2，由式子可知，只要D发生微小形变，N值便会相应地发生变化，实验可通过观察N值的变化来计算出D。从而较精确地求出石英玻璃受温度变化而产生的线膨胀系数。关键词等厚干涉、线膨胀系数、石英玻璃WITHANEQUALTHICKNESSINTERFERENCEMEASURINGLINEAREXPANSIONCOEFFICIENTOFQUARTZGLASSWUJIANJUN,ZHANGPENG,ZHANGYUMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING,CHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITY,CHONGQING400074ABSTRACTTHEREARELOOKUPTABLEAVAILABLETOMEETTHELINEAREXPANSIONCOEFFICIENTOFGLASS000000056/,FORSUCHASMALLLINEARDEFORMATION,THECONVENTIONALMETHODOFMEASURINGTHELENGTHCHANGEISCLEARLYNOTACCURATELYMEASURETHESHAPEVARIABLESACCORDINGTOTHEPRINCIPLEOFEQUALTHICKNESSINTERFERENCEDNL/2,WECANSEEFROMTHESTATEMENTHOLDSASLONGASTHEDMINORDEFORMATIONOCCURRED,NVALUEWILLCHANGEACCORDINGLY,THEEXPERIMENTALVALUESBYOBSERVINGTHECHANGEOFNTOCALCULATETHEDIFFERENCEDANDTHUSMOREACCURATELYCALCULATECHANGESINSILICAGLASSPRODUCEDBYTHETEMPERATURECOEFFICIENTOFLINEAREXPANSIONKEYWORDSEQUALTHICKNESSINTERFERENCE,LINEAREXPANSIONCOEFFICIENTOFQUARTZGLASS1引言“热胀冷缩”现象是物理内部分子、原子热运动剧烈程度的外在宏观表现。通常，随温度的变化，物体的长度和体积都将发生变化。这种性质在工程结构中、在机械和仪器制造中、在材料加工中，都必须加以考虑，否则将影响结构的稳定性和仪表的精度。材料的线膨胀是材料受热膨胀是，在一维方向上的伸长。线膨胀系数是选用材料的一项重要指标，特别是研制新材料，少不了对材料线膨胀系数作测定。测量的基本方法是对样品的均匀加热，然后用两量具直接测量其一维方向上的伸长量，从而简介求出样品的线膨胀系数。然而，对于一些线膨胀系数很小的物质，如用普通机械量具直接测量，显然会由于尺度过小而带来很大的误差。所以，本实验选择用等厚干涉的原理来间接更精确地测量出样品一维方向上的线性改变量，继而计算出样品的线膨胀系数。2实验设计思想21、实验原理在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后伸长量L与温度的增加量T近似成正比，与原长L亦成正比，即LLT,式中的比例系数又称固体的线膨胀系数。为测量线膨胀系数，将材料做成条状或杆状，测量初始T1时杆长，受热T1后温度达T2时的伸长量L和受热前后温度T1和T2，则该材料在（T2T21和）（T1,T2）温区的线膨胀系数为L/LT1T2,其物理意义T21,TL21是固体材料在（T1，T2）温区内，温度每升高1时材料的相对伸长量，。T21,测量线膨胀系数的主要问题是如何测量伸长量L。由于得数量级比较小，所以用普通的机械量具很难精确测量。所以本次实验用等厚干涉来测微小的线膨胀量。图1劈尖干涉图由图1可知，若适应玻璃距劈尖棱边的距离为L，石英线膨胀量为D，沿L方向上单位长度内的条纹数目为N，则KDLNEK/2，显然测出N和L便可很容易求出D。再用逐差法可得到石英玻璃随温度变化其一维方向的长度变化量，从而求得线膨胀系数22、实验设备读数显微镜、钠光灯光源、游标卡尺、数字智能化热血综合试验仪、待测石英玻璃棒。图2实验设计图图一。图二23、实验过程1、用游标卡尺测出室温T1下待测石英玻璃条的长度L1。2、如图2所示，如上图所示连接好仪器。3、调整钠光灯，使其充分照射玻璃片。4、调节读数显微镜，使其对准玻璃片出现条纹的区域，读出整个区域上的暗纹条数并记下为N0。N05、打开试验仪电源，调整设定温度，先调节“设定温度粗选”再预热一段时间后，调节“设定温度细选”至所需值。6、将“温度指示选择转换开关”指向“加热盘温度”档，观察变化，直至稳定，在设定值附近某一温度值T2为止。读出显微镜下T2N1值，则此温度下石英玻璃伸长量DL/KN。17、重复上述步骤，测出其他温度点的伸长量（如50、70、90、110、130、150）。8、逐差法处理数据。3实验结果及分析31、数据记录数据记录如下表1所示处理劈尖长度L钠光波长K室温T0石英玻璃棒原长L0表1实验数据记录表123456温度T50T170T290T3110T4130T5150T6暗纹条数NN1N2N3N4N5N6DNL/2D1D2D3D4D5D632、数据处理LIII10362514DDL321TLTT321LTERRLNL0LN1LNLD4D1D5D2D6D3/3L/L1TL/L2TL/L3T/3LLL1LL2LL3/3ERL/LL/LT/TER/4结果分析实验可能结果1）误差较大，所需实验仪器不够精密，无法得出正确结果；2）精确测量出线膨胀系数。5、实验总结优缺点及展望本实验可以测量很微小的变量，是精确测量的一种好方法。将普通的机械测量的想法转化为精度较高的光现象，有很好的指导意义。用对暗纹数数的方法代替直接用机械量具直接测量，从而最大限度的减小了由实验设备精密性不足带来的系统误差。例如对仪器要求比较精密，且测量相对常规测量略显复杂，同时我们也应看看到这种测量方式在未来要求越来越高的要求下有很强的实用意义，所以，我们相信在将来不长的时间我们的实验想法一，可以应用到实际当中去，给我们的生活和工作带来一定的便利。基金项目作者简介张宇，男，出生于19910130，攻读学士，EMAILZHANGYU0469YEAHNET伍建军，男，出生于19870224，攻读学士，EMAIL821323548QQCOM张鹏，男，出生于19891209,攻读学士，EMAIL657396924QQCOM导师简介韩向宇，男，出生于1982年4月，硕士，EMAILHXY1588