利用迈克尔孙干涉法测固体的线膨胀系数

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摘要 利用迈克尔孙激光干涉法测量固体的线膨胀系数，实验结果与理论值的相对偏差在5%以内。

关键词 激光；迈克尔孙干涉法；线膨胀系数

中图分类号：O436.1 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）06-0105-01

Measurement Line Coefficient of Expansion of Solid by Using Michelson Interference//Wang Yong, Tang Jianfeng, Tan Yu

Abstract This paper presented a method that measure the line coefficient of expansion of solid with Michelson laser interference, the experimental relative deviation with the theoretical values is less than 5%.

Key words laser；Michelson interference；line coefficient of expansion

Author’s address Department of Physics, Hunan Agricultural University, Changsha 410126

材料热膨胀系数是材料的热物性之一，是表征材料性质的重要特征量，尤其对常温以上材料线膨胀系数的测量在实际工程中更具有重要意义。采用迈克尔孙激光干涉法测量材料线膨胀系数和传统的顶杆法相比具有测量准确，测量分辨率高等优点。

1 测量原理

通常固体的长度随温度的升高而伸长[1]，其长度和温度之间的关系为：L=L0(1+αt+βt+…)。式中L0为t=0 ℃时固体的长度；α，β是与被测物质相关的常数，α后面的各系数与α相比很小，在常温下可以忽略，则：L=L0(1+αt)，L1=L0(1+αt1)，L2=L0(1+αt2)，。

由于L1与L2非常接近，即，故。

可见，只要测出L1、ΔL、t1、t2，就可以求出α值。α称为固体的线膨胀系数，简称线膨胀系数[2]。

采用迈克尔孙激光干涉法测量铜棒的线膨胀长度，根据迈克尔孙干涉原理可知，一个反光镜的位移与干涉条纹漂移的级数N成正比[3]，即：；λ为激光的光波波长。故 。

2 测量装置

2.1 热学实验仪EH-3数字化热学试验仪（湖南大学）控制对加热盘的加热过程，通过选择“温度设定选择开关”的不同档位可以使加热盘恒温腔内温度维持稳定，而这个温度值又可以利用测温探头测出且显示在热学试验仪上。

2.2 迈克尔孙激光干涉光路（北京方式科技）在全息平台上搭建一干涉光路，并对部分器具进行改造，如图1所示。

将被测固体铜棒插入加热盘的恒温腔中，一端用顶紧螺钉顶住，另一端粘上反光镜作为迈克尔孙干涉仪的一个反光面。当热学试验仪控制加热盘加热时，铜棒就会膨胀，从而引起圆孔光屏上的干涉条纹移动[4]。

3 实验数据记录与处理

实验中使用的激光波长λ=650 nm，测出铜棒在室温t1=25.48 ℃时长度L1=98.88 mm。实验测量铜棒被加热到温度为t2且稳定时干涉条纹移动的级数N记录如表1所示。

通过查找文献得：在0 ℃～10O ℃下，纯铜的线膨胀系数理论值为17.1×10-6/℃，与该数据相比较实验相对误差约为4.7%[5]。

参考文献

[1]贺靖勇,肖会芹,夏湘芳.固体线膨胀系数测定仪的研制与改进[J].物理实验,2006,26(2):22-24,29

[2]孙家军,高峰,徐崇.干涉法测量固体的线膨胀系数[J].大学物理实验,2008,22(2):38-40

[3]张帮,袁广宇,意志敏,等.利用迈克耳孙干涉原理测杨氏模量[J].大学物理实验,2007,20(3):8-10

[4]严琴,李东风.低膨胀固体材料线膨胀系数的干涉测量方法[J].激光技术,2004,28(2):202-204

[5]栾照辉.利用传感器测量金属的线胀系数[J].大学物理实验,2007,20(2):15-16

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