利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数VIP免费

利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数郭雪雪 光信息与科学技术09300720249 摘要： 使用光学干涉方法来测量一种玻璃材料的热膨胀系数和折射率温度系数, 并验证牛顿冷却定律。实验得到干涉光斑的条纹移动数与温度呈线性关系，通过拟合实验曲线的斜率，即可计算该玻璃样品的热膨胀系数和折射率温度系数。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰，自然降温法获得的数据线性良好，精确度高。关键词：光学干涉法，热膨胀系数，折射率温度系数实验原理光学仪器常常需要在高温或低温的条件下使用。当光学仪器在不同温度下使用时,其光学元件材料的热学性质， 包括热膨胀系数和折射率温度系数，会直接影响它的光学性质。热膨胀系数 β 的定义为β =dL/(L*dT)， (1) 折射率温度系数 γ的定义为γ =dn/dT ， (2) 其中 L 是材料的长度、 T 是温度、 n 是折射率。牛顿冷却定律（Newton's law of cooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。 牛顿冷却定律是牛顿在 1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。环境温度和物体温度差小于25度时，牛顿冷却定律为 : 在物体 ( 即热学系统 ) 处于自然冷却的情况下 , 当实验系统的温度T 高于外界环境温度 θ 且当 T 与θ 之差较小时 , 系统由于表面热辐射而散失热量的速率和(T- θ )成正比 , 即 dQ/dt=k0(T-θ ) (3) 式中 k0与系统的表面温度、表面光洁度、表面积以及环境温度θ 有关 , 称为散热系数 . 在(T- θ ) 不大时 ,k0 为常数 .(3) 式即为牛顿冷却定律的微分形式. 将(3) 式改写为dQ=k0(T-θ )dt (4) 设系统的热容为 C,在散失热量 dQ之后 , 温度改变量为 dT, 有 dQ=CdT,将此关系代入(4) 式, 得dT=k0C(T-θ )dt (5) 令 K=k0C,则得dT=K(T-θ )dt (6) 根据 (6) 式, 可以求出在时间 t0 到 t 的时间内 , 由于散热而引起的温度变化Δ T Δ T=K∫tt0(T-θ )dt (7) 本实验所用的样品由均匀各向同性的玻璃制成，如图1所示。图中 :A 是被切去一部分的玻璃圆柱体，上下表面基本平行 ;B 和 B′ 是 2块也被切去一部分的圆形玻璃板，每块玻璃板的上下表面不...