Ứng dụng giao thoa kế michelson đo hệ số nở nhiệt của vật rắn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHAN HUY HƯNG ỨNG DỤNG GIAO THOA KẾ MICHELSON ĐO HỆ SỐ NỞ NHIỆT CỦA VẬT RẮN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHAN HUY HƯNG ỨNG DỤNG GIAO THOA KẾ MICHELSON ĐO HỆ SỐ NỞ NHIỆT CỦA VẬT RẮN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOA LƯ NGHỆ AN – 2016 MỤC LỤC Mục Trang Lời cảm ơn……………………………………………………………… Danh mục ký hiệu viết tắt………………………………………… Danh mục hình bảng…………………………………………… Mở đầu………………………………………………………………… Chương 1: Giao thoa kế Michelson………………………………… 1.1 1.1.Khái niệm giao thoa…………………………………… 1.2 1.2 Các loại giao thoa kế………………………………………………… 12 1.3 1.2.1 Giao thoa kế Mach-Zehnder……………………… ……………… 12 1.4 1.2.2 Giao thoa kế Fabry-Perot………………….……………………… 18 1.5 1.2.3 Giao thoa kế Michelson…………………………………………… 21 1.6 1.3 Kết luận……………………………………………………………… 30 Chương 2: Đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson……………………………………………………………… 31 2.1 Sự nở nhiệt vật rắn…………………………………………… 31 2.1.1 Lý thuyết nở nhiệt vật rắn……………………………… 31 2.1.2 Nguyên lý đo hệ số nở nhiệt vật rắn……………………… 33 2.2 Ứng dụng đo hệ số nở nhiệt giao thoa kếMichelson………… 33 2.2.1 Nguyên tắc đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson… 33 2.2.2 Ưu điểm hạn chế phương pháp đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson………………………………….…………………… 35 2.3 Đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson………………… 36 2.3.1 Sơ đồ lắp ráp thí nghiệm đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson………………………………………………………………………… 36 2.3.2 Độ xác sai số thực nghiệm phép đo…………… 38 2.3.3 Đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson phịng thí nghiệm……………………………………………………………………… 39 2.3.4 Nhận xét, đánh giá, kiến nghị, đề xuất………………………… 43 2.4 Kết luận………………………………………………………… 44 Kết luận chung………………………………………………………… 46 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 49 Lời cảm ơn Luận văn hoàn thành hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Hoa Lư Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo, người đặt vấn đề nghiên cứu, dẫn dắt tận tình động viên giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy giáo, nhà khoa học khoa Vật lí, phịng Sau đại học-trường Đại học Vinh tạo điều kiện giúp đỡ, tận tình dạy dỗ, bảo thời gian học tập nghiên cứu đóng góp ý kiến bổ ích q trình hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cán thuộc Trung tâm thực hành thí nghiệm thực hành Quang học quang phổ, đặc biệt trực tiếp PGS.TS Nguyễn Huy Bằng nghiên cứu sinh: Ths Phan Văn Thuận, Ths Lê Cảnh Trung tạo điều kiện giúp đỡ, hỗ trợ tác giả q trình thực thí nghiệm hồn thành đề tài nghiên cứu Tác giả xin cảm ơn Ban Giám hiệu, tập thể sư phạm trường THPT Thanh Chương 3, Nghệ An gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ để tác giả hồn thành khố học Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Danh mục kí hiệu viết tắt Ak: Biên độ ánh sáng a: Khoảng cách chia gương c: Vận tốc ánh sáng D: Độ dày mỏng I0, I1,… Cường độ ánh sáng L: Chiều dài mẫu m: Số nguyên (số lần xuất sáng tối vòng giao thoa) n: Chiết suất môi trường T: Hệ số truyền qua R : Hệ số phản xạ Sk : Quang trình ∆s : Hiệu quang trình ∆y: Khoảng cách 𝛼, 𝛽: Góc 𝛿 : Độ lệch pha 𝜑𝑘 : Pha 𝜀0 , 𝜀 : Hằng số điện thẩm 𝜈 : Tần số DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả ngun lý giao thoa Hình 1.2 Giao thoa kế Mach-Zenhder Hình 1.3 Giao thoa laser đo chiết suất cục Hình 1.4 Một kiểu phân bố giao thoa vùng khơng khí bị đốt nóng Hình 1.5 Kết hợp giao thoa kế Mach-Zenhder quang phổ theo phương pháp móc câu Hình 1.6 Vị trí vệt giao thoa hàm bước sóng quan sát tiêu diện máy quang phổ Hình 1.7 Giao thoa kế Fabry-Perot phẳng sử dụng chùm tia song song ghi cường độ truyền qua đầu thu điện quang Hình 1.8 Quang trình chùm tia qua giao thoa kế Fabry-Perot ảnh giao thoa Hình 1.9 Profìle vạch huỳnh quang phân tử Na Hình 1.10 Giao thoa hai sóng Michelson Hình 1.11 Hệ số truyền qua giao thoa kế Michelson Hình 1.12 Vân giao thoa chùm ánh sáng phân kỳ qua giaothoa kế Michelson Hình 1.13 Cấu hình giao thoa kế Michelson vết giao thoa Hình 1.14 Giao thoa kế Michelson với linh kiện phụ trợ đo bước sóng Hình 1.15 Giao thoa kế Michelson khơng có phận chuyển động Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động giao thoa kế Michelson Hình 2.2 Giao thoa kế Michelson đo hệ số nở nhiệt chất rắn Hình 2.3 Hình ảnh vân giao thoa Hình 2.4 Hệ thống đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson Bảng 2.1 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim đồng Bảng 2.2 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim nhôm Bảng 2.3 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim thép MỞ ĐẦU Giao thoa tượng đặc trưng sóng ánh sáng Khi nghiên cứu chùm sáng, cường độ sáng quan tâm đến vùng phổ, phổ cường độ Nếu chùm sáng xung người ta quan tâm nhiều đến độ rộng xung Khoa học nghiên cứu nội dung gọi quang phổ học Để nghiên cứu nội dung chùm sáng, cần sử dụng kỹ thuật quang phổ khác với hỗ trợ thiết bị quang học khác nhau, số giao thoa kế Giao thoa kế thiết bị quan trọng kỹ thuật quang phổ Với giao thoa kế người ta thu hình ảnh rõ nét phổ phát xạ chất Sử dụng hình ảnh kết phân tích hình ảnh phổ phát xạ, nhà khoa học xác định cách định tính định lượng thành phần cấu tạo chất thuộc tính chất nhiệt độ, áp suất…với độ xác cao Chính thế, nhiều loại giao thoa kế khác nghiên cứu, chế tạo nhằm đáp ứng yêu cầu nghiên cứu, đó, giao thoa kế Michelson có nhiều ưu điểm trội ứng dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu thí nghiệm thực hành khác Một ứng dụng giao thoa kế Michelson nghiên cứu sử dụng đo hệ số nở nhiệt vật rắn Với đặc trưng độ xác tương đương với bước sóng ánh sáng (cỡ μm), kết phép đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson có độ xác cao hẳn phép đo khác, ưu bật phép đo Giáo dục nước nhà giai đoạn đổi toàn diện Trong cơng đổi đó, đổi phương pháp dạy học nội dung trọng tâm Theo đó, tinh thần chương trình đổi giáo dục theo định hướng phát triển lực học sinh Trong lực cần ưu tiên hình thành phát triển cho học sinh lực chun biệt mơn vật lý vận dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn môn vật lý trọng phát triển Việc vận dụng kiến thức vào thực tiễn vật lý chủ yếu tập trung lực thực nghiệm lực mơ hình hóa Với tinh thần đó, trường Đại học, cao đẳng, viện nghiên cứu số trường THPT trang bị giao thoa kế Michelson để phục vụ mục đích nghiên cứu thí nghiệm thực hành Tuy nhiên, trường THPT nhiều lý khác nhau, việc khai thác, sử dụng thiết bị thí nghiệm nói chung giao thoa kế nói riêng chưa quan tâm mức chưa đạt hiệu cao Việc nâng cao hiệu khai thác thiết bị thí nghiệm đại nhằm nâng cao hiệu dạy học đồng thời phát triển lực cho học sinh quan tâm, nghiên cứu Với lý trên, lựa chọn đề tài: “Ứng dụng giao thoa kế Michelson đo hệ số nở nhiệt vật rắn”, với mục đích nghiên cứu, khai thác, sử dụng giao thoa kế Michelson vào ứng dụng thực tế, qua đưa thiết bị thí nghiệm đại đến gần với người học, bước nâng cao hiệu dạy học thí nghiệm nâng cao chất lượng giáo dục nói chung Ngồi phần mở đầu kết luận, luận văn trình bày hai chương: Chương 1: Trình bày giao thoa kế Michelson ứng dụng giao thoa kế Michelson việc đo hệ số nở nhiệt vật rắn, đó, trình bày khái niệm giao thoa, loại giao thoa kế, cấu tạo ứng dụng giao thoa kế Michelson Chương 2: Trình bày lý thuyết nở nhiệt vật rắn, ứng dụng đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson với ưu điểm hạn chế nó;tiến trình đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson phịng thí nghiệm CHƯƠNG GIAO THOA KẾ MICHELSON 1.1 Khái niệm giao thoa Giả sử hai dao động ánh sáng tần số phương 𝐸1 = 𝐸01 cos⁡(𝜔𝑡 + 𝜑1 ) (1.1) 𝐸2 = 𝐸02 cos⁡(𝜔𝑡 + 𝜑2 ) (1.2) chồng lên điểm M khơng gian Theo ngun lý chồng chất, trường tổng hợp điểm M biểu diễn véctơ tổng hợp 𝐸⃗ hai vectơ dao động ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐸1⁡ ⃗⃗⃗⃗ 𝐸2 ⃗⃗⃗⃗⃗1⁡ ⃗⃗⃗⃗ Vì hai dao động 𝐸 𝐸2 dao động phương nên thay phép cộng véc tơ phép cộng đại số: E=E01cos(𝜔𝑡 + 𝜑1 )+E02cos(𝜔𝑡 + 𝜑2 ) (1.3) Dao động tổng hợp dao động hình sin có tần số: E=E0cos(𝜔𝑡 + 𝜑) (1.4) Biên độ E0 pha ban đầu xác định công thức : 2 𝐸02 = 𝐸01 + 𝐸02 + 2𝐸01 𝐸02 cos⁡(𝜑2 − 𝜑1 ) tan𝜑 = 𝐸01 𝑠𝑖𝑛𝜑1 +𝐸02 𝑠𝑖𝑛𝜑2 𝐸01 𝑐𝑜𝑠𝜑1 +𝐸02 𝑐𝑜𝑠𝜑2 (1.5) (1.6) Vì cường độ tỷ lệ với bình phương biên độ nên ta biểu diễn cho cường độ sau : I=I1+I2+√𝐼1 𝐼2 cos(𝜑2 − 𝜑1 ) 2 đó, I∼ 𝐸02 ; 𝐼1 ∼ 𝐼01 ; 𝐼2 ∼ 𝐼02 (1.7) hai chùm tia giao thoa với tạo thành vân giao thoa quan sát mắt thường Khi dịch chuyển hai gương song song với dọc theo tia sáng đoạn 𝜆 hiệu quang trình hai tia d thay đổi lượng 𝜆 hệ vân dịch chuyển khoảng vân Như vậy: l=⁡𝑁 𝜆 G1 P S G2 A B Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động giao thoa kế Michelson Vật mẫu với chiều dài xác định l0 đặt sau gương phản xạ G2 giao thoa kế Khi nung nóng làm nhiệt độ tăng lên lượng ∆𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1 mẫu vật giãn nở đẩy gương G2 đoạn ∆𝑙 làm cho hiệu quang trình hai chùm tia bị giảm lượng ∆𝑙 Theo lý thuyết giao thoa, thay đổi hiệu quang trình làm thay đổi vị trí vân giao thoa số vân sáng quan sát thay đổi tương ứng Quan sát đếm số vân sáng bị N quan sát thời gian có thay đổi nhiệt độ Mối quan hệ độ giãn nở nhiệt số vân sáng thay đổi xác định công thức: ⁡|𝑙 − 𝑙0 | = ∆𝑙 = ⁡⁡𝑁 𝜆 Hệ số nở nhiệt vật mẫu xác định công thức: 34 (2.7) 𝛼 =⁡ 𝑙−𝑙0 𝑙0 (𝑡−𝑡0) (2.8) 2.2.2 Ưu điểm hạn chế phương pháp đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson Giao thoa kế Michelson có nhiều ứng dụng thực tế, ứng dụng để xác định hệ số nở nhiệt ứng dụng phổ biến Khi dùng giao thoa kế Michelson để đo hệ số nở nhiệt vật rắn ta thấy số ưu điểm bật sau: Cơ cấu thí nghiệm nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển sử dụng Thiết bị có cơng suất 50W nên tiêu thụ lượng điện thấp Sử dụng đơn giản, thao tác chịu tác động mơi trường ngồi Độ xác cao với sai số tương đương với bước sóng ánh sáng (cỡ 10-6m) Đây ưu điểm quan trọng độ xác yếu tố quan trọng để đánh giá thiết bị thí nghiệm Có thể cho kết phép tính đơn giản Tuy nhiên, phương pháp đo với việc sử dụng giao thoa kế có sẵn có số hạn chế Cụ thể là: Mẫu vật đo cần có chiều dài ban đầu xác định xác theo thiết kế giao thoa kế (150mm) Do đế mẫu đo làm thạch anh mỏng manh dễ vỡ nên thay mẫu đo yêu cầu thao tác kỹ thuật cao đảm bảo an tồn đế mẫu Khơng có cấu làm nguội nhanh nên nhiều thời gian chờ nhiệt độ mẫu vật trở trạng thái ban đầu sau lần đo 35 2.3 Đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson 2.3.1 Sơ đồ lắp ráp thí nghiệm đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson Trong phịng thí nghiệm, để đo hệ số nở nhiệt vật rắn ta sử dụng giao thoa kế Michelson Bộ giao thoa kế Michelson thiết kế riêng cho việc đo hệ số nở nhiệt chất rắn có cấu hình 2.1 2 2 2 6 6 Hình 2.2.Giao thoa kế Michelson đo hệ số nở nhiệt chất rắn 1- Nguồn Laser He-Ne; 2- Bản chia 50%; 3- Gương M1; 4- Gương M2 5- Buồng đốt; 6- Màn quan sát; 7- Đồng hồ đo nhiệt độ thị số Nguồn laser phát chùm tia có bước sóng xác định (632,8 nm) chiếu đến chia có hệ số truyền qua 50% Tại chia tia sáng tách thành hai chùm chiếu tới hai gương M1 M2 theo hai nhánh giao thoa kế Gương M2 gắn cố định, gương M1 gắn với đế thạch anh buồng 36 nung Buồng nung chứa mẫu vật cần đo hệ số nở nhiệt Mẫu vật buồng nung đốt nóng nguồn điện riêng theo dõi nhiệt độ nhiệt kế điện tử số Hai chùm tia sau phản xạ hai gương quay trở lại gặp giao thoa quan sát Khi nhiệt độ tăng, mẫu vật giãn nở đẩy gương M1 dịch chuyển làm thay đổi hiệu quang trình hai chùm tia dẫn đến bậc vân giao thoa quan sát thay đổi Sự thay đổi số vân giao thoa đếm mắt thường Theo dõi thay đổi số vân giao thoa phạm vi thay đổi nhiệt độ xác định, áp dụng công thức (1.37) (1.38) ta xác định hệ số nở nhiệt mẫu vật cần đo Hình 2.3 Hình ảnh vân giao thoa Để đảm bảo dịch chuyển gương giãn nở mẫu vật hai đế lót mẫu vật thiết kế thạch anh có hệ số nở nhiệt hệ số truyền nhiệt nhỏ 37 2.3.2 Độ xác sai số thực nghiệm phép đo Trước vào tiến hànhthực nghiệm phương pháp đo hệ số nở nhiệt vật rắn, tìm hiểu phương pháp tính giá trị thực nghiệm đại lượng cần đo sai số phép đo Đại lượng vật lý đo so sánh với giá trị chuẩn Bằng cách xác định cách thống kê sai số phép đo Giả sử thực n lần phép đo đại lượng vật lí giá trị đo lần xi, giá trị trung bình phép đo 𝑋̅ = ∑𝑛𝑖=1 𝑋𝑖 𝑛 (2.9) Độ xác đạt hàng loạt phép đo xác định sai số thống kê Độ xác đặc trưng độ lệch chuẩn n phép đo, xác định biểu thức sau: 𝜎 = √ ∑𝑛𝑖=1(𝑋̅ − 𝑋𝑖 )2 (2.10) 𝑛 Giá trị trung bình nhiều phép đo 𝑋̅gọi sai số thực nghiệm nhiều giá trị thực nghiệm Xi Giá trị trung bình sử dụng để xác định giá trị đại lượng cần đo thông qua độ lệch xác suất ∆𝑋̅của giá trị chưa biết X, tức giá trị X nằm khoảng 𝑋̅ ± ∆𝑋̅ Bởi sai số xác định khơng phương pháp thống kê mà cịn xác định sai số hệ thống thiết bị đo phương pháp xác định, ln ln nhỏ độ xác Sai số thực nghiệm xác định độ xác phép đo đại lượng chuẩn 38 Độ xác sai số thực nghiệm thể tương ứng qua hai tỉ số sau: 𝜎 𝑋̅ ∆𝑋̅ 𝑋̅ (2.11) Ví dụ, 𝜎 = 10−8 𝑋̅ ta nói độ xác đạt 108 Bây ta nghiên cứu qua sai số độ xác phép đo hệ số nở nhiệt vật rắn vài thiết bị đo Hai giá trị phụ thuộc nhiều vào yếu tố sau: Độ nhạy đầu thu tín hiệu; độ ổn định học hệ đo, độ đối xứng vạch phổ… Nếu không chịu ảnh hưởng yếu tố phép đo đạt độ xác cao Nói cách khác, ngồi sai số tính tốn sai số phép đo phụ thuộc vào sai số hệ thống Trong trường hợp đo trực tiếp sai số hệ thống cần quan tâm trường hợp so sánh, sai số hệ thống bỏ qua 2.3.3 Đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson phịng thí nghiệm Theo ngun lý hoạt động giao thoa kế, gọi N số vân sáng bị nhiệt độ tăng từ giá trị t0 đến giá trị t1 hệ số nở nhiệt xác định: 𝛼= 𝑁.𝜆 (2.12) 2.𝑙0 (𝑡1 −𝑡0 ) Trên sở công thức (2.12) thực quy trình đo hệ số nở nhiệt vật rắn theo bước sau : Lắp đặt hệ thống theo sơ đồ hình 2.1, bật nguồn laser điều chỉnh vị trí chia gương vi ốc cho xuất hệ thống vân giao thoa rõ nét; 39 Bật nguồn nung để nung nóng mẫu vật, theo dõi số nhiệt kế, giá trị nhiệt độ 270C bắt đầu theo dõi thay đổi số vân giao thoa bị (các vân giao thoa hình trịn thu nhỏ dần kích thước dần); Ứng với lần đo xác định giá trị N Δ𝑡 áp dụng công thức (2.12) để xác định 𝛼𝑖 ; Thực nhiều lần phép đo, áp dụng cơng thức (2.9) để tính giá trị trung bình 𝛼 sau k lần đo; Sử dụng công thức (2.12) để tính sai số thống kê sau k lần đo; Kết luận hệ số nở nhiệt sai số tính Hình 2.4 Hệ thống đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson 40 Bảng 2.1 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim đồng (Chiều dài ban đầu l0 = 150 mm ứng với nhiệt độ 270C) Độ tăng Số vân Độ tăng Hệ số nở Sai số nhiệt độ bị chiều nhiệt |𝜶 ̅ − 𝜶𝒊 | ∆𝒕(0C) N dài∆𝒍(mm) 𝜶(10-6/0C) [10-6/0C] 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 51 0,0161 21,5152 0,3375 2,3000 23 0,0073 21,0933 0,0844 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 5,0000 51 0,0161 21,5152 0,3375 10 5,0000 50 0,0158 21,0933 0,0844 21,1178 0,2953 Lần đo Giá trị trung bình Kết luận𝜶=21,1178±0,2953 Bảng 2.2 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim nhôm (Chiều dài ban đầu l0 = 150 mm ứng với nhiệt độ 270C) Độ tăng Số vân Độ tăng Hệ số nở Sai số nhiệt độ bị chiều dài nhiệt |𝜶 ̅ − 𝜶𝒊 | ∆𝒕(0C) N ∆𝒍(mm) 𝜶(10-6/0C) [10-6/0C] 5,00 52 0,0165 21,937 0,127 5,00 53 0,0168 22,359 0,295 5,00 51 0,0161 21,515 0,548 Lần đo 41 5,00 53 0,0168 22,359 0,295 5,00 52 0,0165 21,937 0,127 5,00 53 0,0168 22,359 0,295 5,00 51 0,0161 21,515 0,548 5,00 53 0,0168 22,359 0,295 5,00 52 0,0165 21,397 0,127 10 5,00 53 0,0168 22,359 0,295 22,064 0,329 Giá trị trung bình Kết luận 𝜶=22,064±0,329 Bảng 2.3 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim thép (Chiều dài ban đầu l0 = 150 mm ứng với nhiệt độ 270C) Độ tăng Số vân Độ tăng Hệ số nở Sai số nhiệt độ bị chiều dài nhiệt |𝜶 ̅ − 𝜶𝒊 | ∆𝒕(0C) N ∆𝒍(mm) 𝜶(10-6/0C) [10-6/0C] 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 5,00 29 0,0092 11,223 0,030 5,00 29 0,0092 11,223 0,030 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 2,30 28 0,0089 11,812 0,013 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 5,00 28 0,0089 11,812 0,013 10 5,00 29 0,0092 11,223 0,030 11,939 0,019 Lần đo Giá trị trung bình Kết luận 𝜶=𝟏𝟏, 𝟗𝟑𝟗 ± 𝟎, 𝟎𝟏𝟗 42 2.3.4.Nhận xét , đánh giá kiến nghị, đề xuất: * Nhận xét kết Sai số tỷ đối phép đo: - Hệ số nở nhiệ mẫu hợp kim đồng δ1= 0,2953 21,1178 - Hệ số nở nhiệt mẫu hợp kim nhôm δ2 = - Hệ số nở nhiệt mẫu hợp kim thép δ3 = =1,3983% 0,329 22,064 0,019 11,939 =1,491% = 0,159% Qua đó, thấy phép đo cho kết với sai số tương đối nhỏ  Đánh giá nguyên nhân sai số Sai số phép đo nguyên nhân sau : - Sai số hệ thống: sai số độ xác dụng cụ đo (nhiệt độ), sai số độ dài ban đầu mẫu xác định khơng xác… - Sai số ngẫu nhiên: sai số gặp phải trình đo (do việc xác định số vân thay đổi N tương ứng với độ tăng nhiệt độ ∆𝑡 thiếu xác) Trong phép đo này, đại lượng cần xác định đo gián tiếp nên ta bỏ qua sai số hệ thống, sai số phép đo sai số ngẫu nhiên gặp phải trình đo Qua thực nghiệm đo hệ số nở nhiệt ba mẫu vật phịng thí nghiệm quang học quang phổ trường Đại học Vinh, nhận thấy, sai số ngẫu nhiên gặp phải thường nguyên nhân sau: - Việc theo dõi giá trị nhiệt độ đếm thay đổi số vân đồng thời khó đạt đến độ xác cao ; - Các yếu tố ngoại cảnh rung động, thay đổi cường độ sáng phịng thí nghiệm ảnh hưởng đến kết đo 43  Kiến nghị- Đề xuất : Từ nguyên nhân gây sai số xác định với hạn chế nêu mục 2.2.1, đề xuất số cải tiến nhằm khắc phục hạn chế tăng độ xác phép đo sau : 1.Bổ sung cấu làm mát để hạ nhanh nhiệt độ mẫu sau lần đo nhiệt độ ban đầu (27 0C) tránh làm thời gian chờ nguội; 2.Thay đổi thiết kế buồng nung theo hướng dễ dàng cho việc thay mẫu lần đo buồng nung có kích thước thay đổi để đo mẫu vật bất kì; 3.Thiết kế cảm biến báo hiệu âm nhiệt độ đạt đến giá trị định trước để giải phóng cho người thí nghiệm việc quan sát đồng hồ đo nhiệt để tập trung việc đếm số vân thay đổi cách xác 4.Tạo cấu chống rung cho đế giao thoa kế tránh ảnh hưởng rung động từ bên gây sai lệch giá trị số vân đếm 2.4 Kết luận Trong chương này, chúng tơi trình bày phương pháp xác định giá trị thực nghiệm đại lượng cần đo Cụ thể, trình bày phương pháp đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson Bằng giao thoa kế sẵn có phịng thí nghiệm quang học trường Đại học Vinh, tiến hành đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp kim đồng, hợp kim nhôm hợp kim thép, kết thu phù hợp với catolog thiết bị thí nghiệm Qua việc đo thực nghiệm, đánh giá độ xác phép đo, nguyên nhân gây sai số đề xuất hướng cải tiến khắc phục nhược điểm, hạn chế tăng thuận tiện độ xác cho việc ứng dụng giao thoa kế Michelson để đo hệ số nở nhiệt vật rắn 44 KẾT LUẬN CHUNG Giao thoa kế thiết bị quang học đạiđược ứng dụng nhiều quang phổ học, đặc biệt quang phổ laser, nghiên cứu phổ chùm laser Trong ứng dụng đó, đo hệ số nở nhiệt ứng dụng quan trọng đưa vào nghiên cứu ứng dụng thực tế khoa học đời sống Luận văn trình bày cách hệ thống tượng giao thoa ánh sáng, số cấu hình thiết bị giao thoa quang học, cấu hình đo hệ số nở nhiệt vật rắn Nội dung luận văn tóm lược theo điểm sau: Trình bày nguyên lý giao thoa hai chùm tia sáng nhiều chùm sáng thành phần Từ đó, phân tích ngun lý hoạt độngcủa giao thoa kế Michelson, Mach-Zehnder, Fabry-Perot phân tích ứng dụng cho mục đích khoa học khác Giới thiệu số phương pháp đo hệ số nở nhiệt cổ điển phương pháp đo sử dụng giao thoa kế Michelson nhằm nâng cao độ xác phép đo Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng giao thoa kế Michelson vào việc đo hệ số nở nhiệt vật rắn Qua đó, đề xuất phương pháp đo hệ số nở nhiệt chất rắn nói chung làm rõ ưu điểm, hạn chế khả ứng dụng phương pháp đo so với phương pháp đo khác Tiến hành đo xác định hệ số nở nhiệt số mẫu vậttrên sở phương pháp đo việc ứng dụng giao thoa kế Michelson Kết đo với độ xác cao chứng minh cho lý thuyết việc ứng dụng giao thoa kế Michelson vào việc đo hệ số nở nhiệt qua chứng minh tính khả thi phương pháp Khả ứng dụng giao thoa kế Michelson giao thoa kế khác lớn Ngay hệ giao thoa kế Michelson trang bị sử dụng phịng thí nghiệm quang phổ trường Đại học Vinh ứng dụng cho 45 nhiều mục đích nghiên cứu khác như: đo bước sóng ánh sáng, đo chiết suất môi trường, kiểm tra khuyết tật số chi tiết công nghệ… Tuy nhiên khuôn khổ luận văn thể hết nội dung Hy vọng rằng, nội dung tiếp tục nghiên cứu thực với mục đích kiểm chứng khả ứng dụng thực tế giao thoa kế 46 Phụ lục: Hình ảnh thực nghiệm đo hệ số nở nhiệt vật rắn giao thoa kế Michelson phịng thí nghiệm Thực hành đo hệ số nở nhiệt phịng thí nghiệm Tồn cảnh q trình đo 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Costich V.R (1972) Mutilayer dielectric coatings In Handbook Laser/ Ed R J Pressley [2] Demtroder W, (1975), Molecura Constans and Potential Curves of Na from Laser-Induced Fluorescence, J Mol Spectrosc Vol.55, p.476 [3] Grigull V Rottenkolber (1967) Two beam Interferomrtry Using Laser, J [4] Hall J L., Lee S A (1976), Interferomrtry Real Time Display of CW Dye Laser Wavelength with Sub-Dopler Accuracy Phys Lett Vol 29, p367 [5] Kowwalski F V., et al (1978), An Improved Wavemeter for CW laser, j.Opt Sco, Amer Vol.68, p.1611 [6] Juncar P (1975) A new method for frequency calibrsation and control of a laser Opt Comm Vol 14, p.438 [7] Huỳnh Huệ , Quang học, NXBGD 1992 [8].Nguyễn Thị Bảo Ngọc, Nguyễn Văn Nhã, Giáo trình vật lý chất rắn, NXBĐH Quốc gia Hà Nội, 1997 [9] Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Mình, Vật lí chất rắn, NXBGD, 1992 [10] Đặng Thị Mai, Quang học, NXBGD 1999 [11] Phịng Thí nghiệm quang học quang phổ, Đại học Vinh, Tài liệu hướng dẫn thực hành thí nghiệm, 2015 [12] Chu Duy Thắng, Các ứng dụng giao thoa kế Michelson, Luận văn thạc sĩ vật lí, Đại học Vinh, 2013 48 ... hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson Giao thoa kế Michelson có nhiều ứng dụng thực tế, ứng dụng để xác định hệ số nở nhiệt ứng dụng phổ biến Khi dùng giao thoa kế Michelson để đo hệ số nở nhiệt. .. Hình 2.2 Giao thoa kế Michelson đo hệ số nở nhiệt chất rắn Hình 2.3 Hình ảnh vân giao thoa Hình 2.4 Hệ thống đo hệ số nở nhiệt giao thoa kế Michelson Bảng 2.1 Kết đo hệ số nở nhiệt mẫu vật hợp... đời sống Ở Chương 2, tác giả tập trung trình bày ứng dụng có nhiều ưu điểm giao thoa kế Michelson ứng dụng đo hệ số nở nhiệt vật rắn 30 CHƯƠNG ĐO HỆ SỐ NỞ NHIỆT CỦA VẬT RẮN BẰNG GIAO THOA KẾ MICHELSON