Определение числа витков соленоида

 

1. Установите в прибор соленоиды с трубкой, наполненной дистиллированной водой. Установите переключатель П в положение 1. Сфокусируйте окуляр, тщательно уравняйте яркости полей сравнения и снимите отсчет. При всех измерениях следует использовать правило знаков: отсчеты вправо от нуля основной шкалы лимба брать со знаком «+», отсчеты влево — со знаком «-». Отсчеты показаний при помощи нониуса рассмотрены в описании работы 1.8а. Снятие показаний в отсутствие тока через соленоид произвести не менее трех раз, в каждом из которых необходимо добиваться одинаковой яркости полей сравнения. Среднее значение этих отсчетов обозначим через y₀. Полученные данные занесите в таблицу, самостоятельно составленную по образцу табл.1 (см. работу 1.8а).

2. Включите выпрямитель, проделайте аналогичные измерения для нескольких значений силы тока I от 1 до 5 А с интервалами 1 А. Измерения проводить при включении кнопки К1 на выпрямителе (во избежание перегрева обмотки соленоида). Результаты занесите в таблицу, обозначив посредством y_i среднее значение отсчетов для каждого значения силы тока.

3. Проведите аналогичные измерения для всех положений переключателя П.

4. Рассчитав средние значения y_i для каждого значения силы тока в соленоидах, найдите углы поворота плоскости поляризации по формуле

j_i = y_i – y₀.

5. Переведите j_i в угловые минуты, полагая, что 100 делений основной шкалы лимба соответствуют значению j, равному 34,62°. Результаты вычислений занесите в таблицу и по полученным данным постройте графики зависимости j(I). Следует учитывать, что положению 1, 2, 3 переключателя П соответствуют соленоиды номер 1, 2, 3 соответственно, а положениям переключателя П 4, 5, 6 те же соленоиды 1, 2, 3 соответственно, но с обратным направлением тока. Графики должны иметь вид прямых. Из наклона этих прямых, т.е. отношения k = ∆j/∆I, вычислите количество витков: N = ∆j/∆Iρ, где ρ — постоянная Верде.

6. Исходя из разброса значений y_i оцените погрешность определения тангенса угла наклона зависимости j(I). Рассчитайте погрешность измерения количества витков с учетом приближенного значения k.

 

Контрольные вопросы

 

1. Почему необходимо использовать светофильтр при проведении работы?

2. Белый свет проходит через поляризатор, соленоид и отражается от зеркала в обратном направлении. Будет ли поляризатор задерживать отраженный свет?

3. Что такое полутеневой метод и в чем его преимущества?

4. Объясните принцип работы компенсатора.

5. Пусть поля сравнения сахариметра в отсутствие магнитного поля установлены на одинаковую яркость. Какая картина будет наблюдаться, если через соленоид пропускать переменный ток достаточно малой частоты?

 

Р а б о т а 1.9

 

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ФОТОУПРУГОСТИ

 

Цель: исследование явления фотоупругости, определение коэффициента фотоупругости плексигласа.

 

Введение

 

Прозрачное изотропное вещество, подвергнутое одностороннему сжатию или растяжению, становится в оптическом отношении эквивалентным одноосному кристаллу, оптическая ось которого совпадает с направлением действия внешних сил. При этом наблюдается явление двойного лучепреломления. Свет в деформированной  среде разлагается на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях и распространяются с различными скоростями. Подробнее о двойном лучепреломлении см. § 8 разд.1.

Возникновение двойного лучепреломления при сжатии называют фотоупругостью. Обычно это явление наблюдают с помощью схемы, приведенной на рис.1, а. Исследуемый образец помещают между поляризаторами  и . Если они скрещены между собой, т.е. их плоскости составляют между собой угол 90°, то при отсутствии деформации в образце свет, прошедший через поляризатор , полностью задержится поляризатором . Если теперь образец подвергнуть сжатию вдоль оси , составляющей некоторый угол a (a ,  с направлением плоскости , то линейно поляризованный свет испытает в образце двойное лучепреломление, в результате чего произойдет просветление поля в поляризаторе . Это просветление объясняет векторная диаграмма, приведенная на рис.1, б. Здесь — амплитуда колебаний линейно поляризованного света, прошедшего через поляризатор ; + .  и — амплитуды колебаний обыкновенной и необыкновенной волны в образце. Поляризатор  сводит оба колебания к одному направлению, причем всегда .

Оба колебания возникают из одного линейно поляризованного колебания , поэтому они когерентны и при сведении к одному направлению могут интерферировать.

 

Рис.1

 

Так как в образце обе волны распространяются с различными скоростями, то для них различны и показатели преломления  и . Поэтому после прохождения образца между волнами возникает разность фаз , пропорциональная их оптической разности хода , где — толщина образца.

Амплитуда результирующего колебания, возникающего вследствие интерференции колебаний с амплитудами  и , а следовательно, и интенсивность света будут зависеть от разности фаз  между обыкновенной и необыкновенной волной.

                                .                             (1)

В области упругих деформаций разность показателей преломления

                                     ,                                  (2)

где — напряжение, испытываемое образцом; — коэффициент фотоупругости, характеризующий оптические свойства деформируемого вещества и зависящий от длины волны света. Этот коэффициент обычно измеряют в Брюстерах (1 Брюстер = = 10 м / Н).

Определение коэффициента фотоупругости, как видно из формулы (2), в основном сводится к измерению оптической разности хода. Для этой цели используют кварцевый клин, оптическая ось которого направлена перпендикулярно к его острому углу и лежит в плоскости самого клина (преломляющий угол клина — всего несколько минут, фактически он используется как плоскопараллельная пластинка переменной толщины).

Если клин поместить между скрещенными поляризаторами, то можно наблюдать систему интерференционных полос, параллельных его ребру. Полосы образуются потому, что разность хода , возникающая в клине, изменяется вдоль него вместе с толщиной d, давая последовательно интерференционные максимумы и минимумы. Переход от данного максимума к соседнему соответствует изменению оптической разности хода на целую длину волны . Таким образом, ширине полосы, т.е. расстоянию между центрами соседних максимумов (или минимумов), соответствует разность хода, равная .

 

 

Рис.2

 

Если кварцевый клин 3 поместить между образцом 2 и поляризатором 4 в схеме рис.2 и образец подвергнуть сжатию, то обнаруживается смещение всех полос, обусловленное возникновением дополнительной разности хода в самом образце. Смещение полос на долю  от ширины полосы соответствует изменению разности хода на величину . Таким образом, измерив величину относительного смещения полос  и зная длину волны , можно определить разность хода в образце и по формуле (2) коэффициент фотоупругости

                                      .                                    (3)

Интерференция поляризованных волн лежит в основе метода фотоупругости: из прозрачных изотропных материалов (например, плексигласа) изготавливают модели различных непрозрачных деталей и исследуют их описанным способом. Это позволяет решать ряд важных вопросов, связанных с наличием и распределением деформаций и напряжений в моделируемых деталях.

 

Описание установки

 

Используемая в данной работе установка состоит из двух основных частей — оптической и нагрузочной.

Оптическая схема установки показана на рис.2. Здесь 1 — лазер, 2 — исследуемый образец, 3 — кварцевый клин (при необходимости его можно выводить из хода лучей), 4 — поляризатор, 5 — зрительная труба с окуляром-микрометром.

Пучок, выходящий из лазера, немного расширен (с помощью вспомогательного объектива) и плоскополяризован, поэтому поляризатор Р перед образцом не нужен.

Нагрузочное устройство (пресс) представляет собой обычный рычаг с отношением плеч 1:10. Нагрузку прикладывают к концу рычага, снабженному подвесом для гирь.

При подготовке к лабораторной работе ознакомьтесь с пп.1 – 4 «Методических рекомендаций».

 

Задание

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: