[其他]液体表面波干涉仪

说明书

本实用新型涉及一种干涉仪，特别是一种液体表面波干涉仪。

为了实现液体表面波的干涉，得到清晰、稳定的干涉图样，必须使两列波满足波的相干条件，即频率相同，振动方向相同。有一种公知的水表面波干涉演示仪，是用以相同频率振动的两个小球直接敲击液面而激发两列波，使之干涉。由于该装置的惯性，所激发的波动频率不高，所得的干涉图样不典型、不连续，演示达不到预期效果；不能通过干涉图样定量测量有关物理量。

本实用新型的目的，是提供一种液体表面波干涉仪。此干涉仪激发的波动频率较高；形成的干涉图样清晰、稳定；能由干涉图样定量测量液体表面波波长，从而测出液体表面张力系数。

本实用新型是这样实现的：将频率一定的一个电信号，同时输至两个性能相同的波发生器，波发生器把电振动转换为空气振动，再把空气振动垂直引向液面，激发两列相干波，形成干涉。电信号由输出功率大于300毫瓦能提供频率一定的电信号的常规信号源提供。波发生器安装于支架上，由转换器和导气管组成，转换器是把电振动转换为空气振动的装置，转换器上装有一导气管，导气管把振动的空气引向液面。波发生器的安装使得导气管所射出的气流垂直于液面，还使得导气管和液面不接触。

本实用新型的进一步改进是：导气管的横截面是圆形，其空气出口端横截面的直径和被激发的液体表面波波长之比小于1／4。

本实用新型的再进一步改进是：导气管安装于转换器的下底面。

附图描述了本实用新型的一个实施例。

附图1：此干涉仪的结构示意图。

附图2：波发生器放大图。

附图3：此干涉仪所获得的干涉图样。

图1：两个性能相同的波发生器〔1〕用导线〔2〕并接于电信号源〔3〕的输出端，液体盛于容器〔4〕中。波发生器〔1〕由转换器〔5〕和导气管〔6〕组成，安装于支架〔7〕上，其位置使导气管〔6〕射出的气流垂直于液面，导电管〔6〕和液面不接触。

图2：波发生器有两个接线柱〔8〕、〔9〕。导气管〔6〕的横截面是圆形的，其空气出口端〔10〕的横截面直径的大小满足条件：该直径与被激发的液体表面波波长之比小于1／4。导气管安装在转换器〔5〕的下底面。

用底面透明的盛液容器，将干涉仪置于投影仪上，在20－60HZ范围内调节电信号的频率，干涉仪可作为演示装置使用。图3为干涉仪作演示时在投影仪屏上得到的干涉条纹分布。

在盛液容器底上置一深色衬底，在200－400Hz范围内调节电信号频率，所得的干涉图样可用于测量液体表面波的波长。由波的干涉理论知，两波源之间的距离改变一个波长时，干涉条纹要变动一次。设波源移动距离为d，相应条纹变动n次，波长入＝ (d)/(n) 。将波发生器安装于可移动的支架上，利用上式可测出波长。再利用式α＝ (ρf2λ3)/(2π) （ρ为液体密度，f为液体表面波频率）即可测出液体表面张力系数α。

下列为此干涉仪测α的实验数据：

1.待测液体：蒸馏水

室温t＝18.5℃ 密度ρ＝0.9985×10³kg／m³

用一元线性回归处理测量数据，

算得 K＝45.88×10^－5（m³·Hz²）

表面张力系数α＝ (ρK)/(2π) ＝72.90×10^－3（N／m）

相关系数γ＝0.9998

绝对误差△α＝0.09×10^－3（N／m）

2.待测液体：无水乙醇

室温t＝21℃ 密度ρ＝0.7857kg／m³

所用频率f＝170.0Hz    测得波长入＝1.854mm

则 α＝23.03×10^－3N／m

3.待测液体：乙二醇

室温t＝21℃ 密度ρ＝1.107kg／m³

所用频率    f＝170.0Hz    测得波长入＝2.097mm

则 α＝46.95×10^－3N／m

本实用新型频率和振幅连续可调，所得的干涉图样、清晰、稳定，利用其可定量测量液体表面波的波长，从而测量液体表面张力系数。系数误差小，操作容易，制做简单，造价低，适合物理教学使用。

附：式 α＝ (ρf²λ³)/(2π) 的推导

在小振幅条件下，液体表面波的波速