книги / Оптическое материаловедение
..pdf
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
|
Плотность воды в зависимости от температуры |
||||
|
|
|
|
|
|
Т, °С |
ρв, г/см3 |
Т, °С |
ρв, г/см3 |
Т, °С |
ρв, г/см3 |
10 |
0,9997 |
19 |
0,9984 |
25 |
0,9971 |
|
|
|
|
|
|
14 |
0,9993 |
20 |
0,9982 |
26 |
0,9968 |
|
|
|
|
|
|
15 |
0,9991 |
21 |
0,9980 |
27 |
0,9966 |
|
|
|
|
|
|
16 |
0,9990 |
22 |
0,9978 |
28 |
0,9963 |
|
|
|
|
|
|
17 |
0,9988 |
23 |
0,9976 |
29 |
0,9960 |
|
|
|
|
|
|
18 |
0,9986 |
24 |
0,9973 |
30 |
0,9957 |
|
|
|
|
|
|
Если для взвешивания использовать дистиллированную воду, для которой хорошо известна температурная зависимость плотности (табл. 4.1 или рис. 4.2), то плотность тела может быть вычислена с высокой точностью.
Выполнение работы
Порядок выполнения
1. Подготовьте весы для взвешивания:
а) убедитесь, что без разновесов весы находятся в равновесии;
б) положите на одну чашу тестовый объект (в качестве тестового объекта может быть один из разновесов), а на вторую чашу разновесы и уравновесьте весы;
в) поменяв местами тестовый объект и разновесы, убедитесь, что весы находятся в равновесии.
2. Подготовьте образец для взвешивания:
а) обезжирьте образец этиловым спиртом или толуолом; б) обвяжите его тонкой капроновой нитью; в) отрегулируйте длину нити так, чтобы образец в под-
вешенном состоянии находился на расстоянии 3 см от чаши весов.
3. Подвесьте образец на крючок левой чаши весов.
31
4.Добавляя разновесы на правую чашу весов, уравновесьте обе чаши и результат (Р1) запишите в табл. 4.2.
5.Установите над левой чашей весов подставку, поставьте на нее стакан с дистиллированной водой и подвесьте образец так, чтобы он оказался в воде на расстоянии 1,5 – 2,5 см от поверхности.
6.Снова с помощью разновесов уравновесьте обе чаши весов и результат (Р2) запишите в табл. 4.2.
7.Повторите 7 – 10 раз измерения по пп. 3 – 6.
8. Вычислите |
средние значения P |
и P |
, а также |
|
1 |
2 |
|
погрешности Р1 и |
Р2 по формуле |
|
|
Pi |
t ,n |
Pi Pi |
2 |
|
n n 1 |
. |
|||
|
|
|
|
|
9. Рассчитайте среднюю плотность образца по формуле
(4.4).
Значение ρв для условий эксперимента можно определить по табл. 4.1 или по графику на рис. 4.2.
10. Вычислите погрешность определения плотности образца:
|
|
|
|
P |
|
|
P |
|
|
|
в |
|
→ |
|
|
. |
||
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
P |
P |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина Δρв определяется как разность значений ρв при температурах, отличающихся на 1°С.
11.Запишите результат в виде
.
32
Результаты экспериментов
Таблица 4.2
Номер |
Р |
1, г |
1,i |
|
1 |
|
P |
|
P |
|
2 |
Р |
2, г |
2,i |
|
2 |
|
P |
|
P |
|
2 |
опыта |
|
P |
P |
|
|
|
|
|
P |
P |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
1,i |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2,i |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
= …; |
|
|
|
|
|
|
P i |
P |
|
2 |
= …; |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
P t |
|
|
|
|
1, |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
в P |
P |
|
,n |
|
|
n n 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
P2,i P2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
= …; |
|
|
|
|
P |
|
|
|
P |
|
|
|
|
в |
|
=…; |
|
|
...; |
|||||||||
P |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
n n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
2 |
|
,n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
P |
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
...
33
Плотность, г/см3
Температура, °С Рис. 4.2. Температурная зависимость плотности воды
34
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Ознакомиться с устройством микроинтерферо-
Цели работы метра МИИ-4, исследовать дефекты на поверхности оптических материалов.
Приборы и Микроинтерферометр Линника МИИ-4, иссле-
принадлежно- дуемые образцы.
сти
Описание установки и метода измерений
Внешний вид прибора показан на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Внешний вид микроинтерферометра МИИ-4
35
Микроинтерферометр Линника МИИ-4 представляет собой сочетание интерферометра Майкельсона с микроскопом и предназначен для визуальной оценки и измерения высоты (глубины) неровностей тонкообработанных поверхностей, определения толщины поверхностных пленок.
Принцип действия прибора основан на явлении интерференции света. Прибор позволяет измерять микронеровности высотой (глубиной) от 0,3 до 1 мкм, проводить наблюдение в обычном полихроматическом свете, а также использовать различные светофильтры.
Все элементы микроинтерферометра МИИ-4 (см. рис. 5.1) конструктивно смонтированы на основании 6. Источником света служит осветитель 2, а интерференционную картину наблюдают через тубус 4 с винтовым окулярным микрометром. Для фиксации интерференционной картины используется фотокамера 5.
Проверяемую деталь 7 устанавливают на столик 1, перемещаемый в горизонтальной плоскости микрометрическими винтами 8, исследуемой поверхностью вниз. Фокусировку детали осуществляют микрометрическим винтом 12. Кольцо 3 служит для переключения прибора с визуального наблюдения детали на ее фотографирование. Механизм 9 служит для измерения ширины и направления интерференционных полос путем поворота головки 10 как вокруг ее оси, так и вокруг оси механизма 9. Лучи, идущие к объективу горизонтальной ветви прибора, можно перекрывать шторкой 11, что позволяет рассматривать испытуемую поверхность без наложенных на нее интерференционных полос.
Оптическая схема микроинтерферометра МИИ-4 показана на рис. 5.2.
Нить лампы 1 конденсором 2 с междулинзовым светофильтром проектируется в плоскость апертурной диафрагмы 3. Объективом 5 и полупрозрачной плоскопараллельной пластиной 8 изображение апертурной диафрагмы 3 проектируется в плоскости зрачков входа двух одинаковых микрообъективов 7 и 10, а изображение полевой диаграммы 4 – в бесконечность.
36
Рис. 5.2. Оптическая схема микроинтерферометра МИИ-4
Вторичные изображения полевой диаграммы 4 объективами 7 и 10 проектируются соответственно на проверяемую поверхность 6 и на плоское опорное зеркало 11. Плоскопараллельная пластина 9 служит для уравнивания длины хода в стекле двух интерферирующих пучков лучей.
Отраженные от проверяемой поверхности 6 и от зеркала 11 пучки лучей, пройдя микрообъективы 7 и 10, соединяются полупрозрачным слоем пластины 8 и с помощью объектива 13 и зеркала 14 направляются в окуляр 12. В фокальной плоскости окуляра наблюдают изображение проверяемой поверхности и
37
систему интерференционных полос на ней. Форма полосы в крупном масштабе воспроизводит профиль контролируемого участка поверхности. Величину искривления полос оценивают на глаз или измеряют винтовым окулярным микрометром. Ширину и направление полос можно менять, смещая объектив 10 перпендикулярно его оптической оси.
С помощью дополнительного объектива 15 и зеркала 17 наблюдаемое изображение можно направить на фотопластинку 16.
На гладкой поверхности интерференционная картина представляет собой систему параллельных прямых полос (рис. 5.3, а). Когда на исследуемой поверхности имеется дефект (царапина или ямка скола), то интерференционные полосы искривляются (рис. 5.3, б).
а
б
Рис. 5.3. Формы интерференционных линий: а – на гладкой поверхности; б – при пересечении царапины
Величина искривления интерференционных |
полос |
||
пропорциональна глубине дефекта h: |
|
||
h |
b |
. |
(5.1) |
|
|||
|
a 2 |
|
|
38
Технические характеристики прибора приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1
Основные технические характеристики микроинтерферометра Линника МИИ-4
Характеристики |
Значение |
|
|
|
|
Классы чистоты контролируемых поверхностей |
10–14 |
|
Увеличение прибора при визуальном наблюдении |
× 490 |
|
Размеры поля зрения при визуальном наблюдении, мм |
0,32 |
|
Апертура микрообъектива |
0,65 |
|
Цена делений микрометрических винтов стола, мм |
0,005 |
|
Пределы перемещения стола в двух взаимно |
0–10 |
|
перпендикулярных направлениях, мм |
||
|
||
Габариты прибора, мм |
300×340×380 |
|
Масса прибора, кг |
23 |
Выполнение работы
Задание 1. Измерение микросколов на поверхности стекла
1.Включите осветитель 2 (см. рис. 5.1) и положите образец на предметный столик 1 исследуемой поверхностью вниз.
2.Установите в осветитель светофильтр (зеленый или оранжевый) и настройте окулярный микрометр 4 на резкое изображение перекрестья и шкалы.
3.Перекройте луч к эталонному зеркалу шторкой, повернув рукоятку 11, и, вращая микровинт 12, добейтесь резкого изображения поверхности образца.
4.Поверните рукоятку 11, открывая доступ луча к эталонному зеркалу, и убедитесь, что в поле зрения окуляра видны интерференционные полосы. Поворотом кольца апертурной диафрагмы добейтесь наибольшей контрастности интерференционных полос и с помощью винта переместите их в центр поля зрения окуляра.
39
5. Поместите изображение микроскола в центр поля
зрения окуляра тубуса 4, вращая микровинты 8. |
|
|
||
|
6. |
Вращая |
интерферен- |
|
|
ционную головку 10 вокруг |
|||
|
собственной оси, расположите |
|||
|
интерференционные |
полосы |
||
|
параллельно двойной черте на |
|||
|
измерительной шкале (рис. 5.4). |
|||
|
7. |
Пять |
раз |
измерьте |
|
расстояние между полосами а. |
|||
|
Данные занесите в табл. 5.2. |
|||
|
8. |
Пять |
раз |
измерьте |
|
величину наибольшего искри- |
|||
|
вления |
интерференционной |
||
Рис. 5.4. Поле зрения окуляра |
полосы b. Данные занесите в |
|||
табл. 5.2. |
|
|
||
|
|
|
||
|
9. |
Рассчитайте |
глубину |
|
микроскола h по формуле (5.1).
10. Повторите действия по пп. 5–9 для пяти разных сколов.
Результаты экспериментов
Таблица 5.2
Номер |
|
|
|
|
|
Микросколы |
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
||||||||
опыта |
|
|
|
|
|
||||||||||||
a |
b |
a |
|
b |
a |
|
b |
|
a |
|
b |
a |
|
b |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
h |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40