[Введите текст]
Лабораторная работа по теме:
Изучение и методика работы с гониометром-спектрометром ГС-5
Цель работы: ознакомиться с назначением и устройством гониометра-спектрометра.
Приборы и принадлежности:
1. Гониометр-спектрометр.
2. Монохроматор. 3. Исследуемая призма. 4. Ртутная лампа.
Изучить к выполнению работы следующие вопросы:
1. Методы измерения углов между плоскими полированными гранями твердых тел.
2. Показатель преломления вещества. Методы измерения показателей преломления.
3. Дисперсия вещества. Методы определения дисперсии вещества.
4. Устройство, оптическая схема гониометра и методика работы с ним.
1. Назначение
гониометр тело преломление угол
Гониометр-спектрометр ГС 5 является оптическим наблюдательным прибором лабораторного типа и предназначен для:
измерения углов между плоскими полированными гранями твердых прозрачных и непрозрачных предметов;
определения показателя преломления прозрачных твердых материалов по измеренному углу наименьшего отклонения призмы и методом автоколлимации;
измерения дисперсии по измеренному углу наименьшего отклонения призмы;
измерения пирамидальности призм и других исследовательских работ.
Прибор работает в сухом и чистом помещении при температуре от +15 до +30°С. Допустимое колебание температуры при измерениях ±2°С.
Основные параметры и размеры
Увеличение труб с окуляром-кубом ……………….……… 40,9х
Поле зрение труб…………………………………………….не менее 0050'
Фокусное расстояние объективов зрительной
трубы и коллиматора……………………………………………… 400,6
Световой диаметр объектива труб……………………………… …50мм
Разрешающая сила труб (в центре поля зрения)
при установке на бесконечность……………………………………… 3''
Увеличение микроскопа …………………………………………….55,6х
Цена деления лимба…………………………………………………….20'
Точность измерения углов………………………………………………5''
Цена деления шкалы оптического микрометра……………………… 1''
Цена деления круглого уровня………………………………………7-15'
Цена деления шкалы окуляра Аббе ………………………….1'
Габаритные и весовые данные
Масса объекта, помещенного на столик прибора………. не более 7кг
Расстояние между объективами труб…………………не менее 200мм
Высота от плоскости столика до оси труб….………………… 35мм
Габаритные размеры гониометра-спектрометра… 800X360X470 мм
Масса гониометра-спектрометра….…………………………….49,3 кг
Габаритные размеры ящика № 1 для
принадлежностей ………………………………….380 X 205 X 150мм
Габаритные размеры ящика № 2 для
принадлежностей ……………….………………285 X 192 X 117мм
Масса ящика № 1 с принадлежностями…….…………….………4,5кг
Масса ящика № 2 с принадлежностями……………….…………2,5кг
2. Устройство прибора
Оптическая система
Оптическая система гониометра состоит из зрительной трубы, коллиматора и отсчетного устройства.
Зрительная труба и коллиматор представляют собой телескопические системы с внутренней фокусировкой.
Коллиматор состоит из сетки 2 (рис. 2) и объектива 3, 4. Зрительная труба состоит из объектива 5, 6, сетки 7 и окуляра 8. Подсвеченная лампой 1 сетка 2 коллиматора расположена в фокусе объектива 3, 4. Коллиматор дает параллельный пучок лучей, который, отразившись от грани исследуемой детали, попадает в объектив 5, 6 зрительной трубы, проходит через сетку 7 и затем попадает в окуляр 8.
Объектив зрительной трубы одинаков с объективом коллиматора. Рядом с окуляром 8 зрительной трубы расположен окуляр 29 отсчетного устройства.
Отсчетное устройство состоит из матового стекла 9, линзы 10, светофильтра 11, призм 12, 14, 17, 18, 21, 27, стеклянного лимба 13, объективов 15, 16, 19, 20, 26, 28, пары неподвижных клиньев 22, пары подвижных клиньев 23, разделительного блока 24, шкалы 25 и окуляра 29.
Ход лучей в отсчетном устройстве следующий. От лампы через матовое стекло 9, линзу 10, светофильтр 11 и прямоугольную призму 12 освещается лимб 13.
На поверхности лимба нанесена шкала с делениями. Шкала оцифрована от 0о до 360о. Цена деления равна 1о. Каждое деление, в свою очередь, раздельно на 3 части. Таким образом, цена одного деления лимба равна 20'.
Изображение штрихов лимба через призменный блок 14, 17 и объектив 15,16 передается на диаметрально противоположный участок лимба. Изображение штрихов двух диаметрально противоположных участков лимба через систему призм 18, 21 и объектив 19, 20 передаются в оптический микрометр и микроскоп, причем одно изображение прямое, другое - обратное.
Принцип действия оптического микрометра заключается в следующем.
На ходу лучей от лимба к микроскопу помещены две пары оптических клиньев 22 и 23.
Верхние и нижние клинья каждой пары имеют одинаковые, но направленные в противоположные стороны углы и представляют в сумме плоскопараллельные пластинки.
Верхние клинья расположены на пути пучка лучей, дающих прямое изображение штрихов лимба, нижние -- на пути пучка лучей, дающих обратное изображение штрихов диаметрально противоположного участка лимба.
См. Рис оптическая схема. (Приложение 1)
При движении подвижных клиньев по ходу лучей последние будут смещаться навстречу друг другу.
Таким образом, перемещая клинья в прямом и обратном направлениях, можно совместить или развести изображения штрихов диаметрально противоположных участков лимба.
Пройдя через клинья, изображения штрихов лимба попадают на разделительный блок 24.
В окуляр 29 микроскопа рассматривают одновременно изображения штрихов лимба и шкалу микрометра, жестко соединенную с подвижными клиньями.
Шкала рассчитана таким образом, что при перемещении ее на 600 делений смещается верхнее изображение штрихов лимба относительно нижнего на 10'.
Рис. 1
Каждое деление шкалы соответствует 1/600 от 10', т. е. 1'' Поле зрения отсчетного микроскопа приведено на рис. 3. В левом окне наблюдаются изображения диаметрально 1ротивоположных участков лимба и вертикальный индекс, в правом окне деления шкалы оптического микрометра и горизонтальный индекс.
Чтобы снять отсчет по лимбу, необходимо повернуть маховичок 49 оптического микрометра (рис. 3) настолько, чтобы верхние и нижние изображения штрихов лимба в левом окне точно совместились.
Число градусов будет равно видимой ближайшей левой от вертикального индекса цифре. 0. Число десятков минут равно числу интервалов, заключенных между верхним штрихом, который соответствует отсчитанному числу градусов, и нижним оцифрованным штрихом, отличающимся от верхнего на 180°. Число единиц минут отсчитывается по шкале микрометра в правом окне по левому ряду чисел. Число десятков секунд - в том же окне по правому ряду чисел. Число единиц секунд равно числу делении между штрихами, соответствующими отсчету десятков секунд, и неподвижным горизонтальным индексом. Положение, покачанное на рис. 3, соответствует отсчету 0о15”57'.
3. Конструктивные особенности
Прибор ГС-5 обладает рядом конструктивных особенностей:
наличие в приборе стеклянного лимба, а также передача изображении двух его диаметрально противоположных участков с один микроскоп, окуляр которого расположен рядом с окуляром зрительной трубы, создают удобство в работе с прибором и позволяют получить высокую точность измерения;
применение способа совмещения изображений противоположных штрихов лимба в сочетании с оптическим микрометром резко снижает ошибку отсчета по лимбу и исключает ошибку эксцентриситета лимба;
одинаковые посадочные места для сменных окуляров в трубах гониометра позволяют превращать автоколлимационную трубу в коллиматор и наоборот;
сокращение габаритных размеров автоколлимационной трубы и коллиматора за счет применения в них телеобъективов позволяет уменьшить габаритные размеры всего прибора;
применение цилиндрической осевой системы с зазором от 0,0005 до 0,002мм между осью и баксой обеспечивает столику разнообразие возможностей вращения;
благодаря набору колец конструкция столика позволяет производить измерение призм различной величины.
Устройство
Прибор состоит из следующих основных узлов: зрительной трубы 38 (рис. 2), коллиматора 33, основания 48 осевой системой и столиком.
Зрительная труба и коллиматор имеют одинаковую конструкцию.
Фокусировка зрительной трубы и коллиматора производится маховичками 34 и 52 (рис. 3) по шкалам 55 и 37 (рис 2), на которых имеются индексы «х » и деления. Цена одного деления равна 1мм.
Шкала служит для определения положения фокусирующей линзы при измерении пластинок пли призм, имеющих некоторую кривизну поверхности.
Винты 35 и 53 (рис. 3), расположенные под объективами труб, служат для юстировки визирных осей по вертикали.
Окулярные устройства крепятся к трубам с помощью колец 32 (рис. 2) и 51 (рис. 3). Коллиматор 33 показан на рис. 4 с спектральной щелью 31, а зрительная труба -- с авто коллимационным окуляром-кубом.
Лимб гониометра и сетки окуляров освещаются лампой. Лампа помещена в подсветке 47. Прибор включается непосредственно в сеть переменного тока через розетку 45 и общий выключатель 44.
Для понижения напряжения в приборе предусмотрен трансформатор, который переключается на напряжения 127 и 220в переключателем 46. Держатель с предохранителем размещен в нижней части основания 48.
Зрительная труба 38 со стойкой, в которой смонтирован микроскоп, крепится к алидаде 41.
Коллиматор установлен на стойке 30, которая закреплена неподвижно на основании 48.
В средней части основания жестко закреплена цилиндрическая ось 6 (рис. 4), на которой установлены лимб 4 в оправе с шестерней 5 и алидада 41 (рис. 2).
Установка оси в вертикальное положение производится винтами 60 (рис. 3) по уровню 57, вмонтированному в корпус алидады. Алидада вращается относительно оси прибора и установленного на ней лимба грубо от руки и точно микрометренным винтом 61 при зажатом винте 59.
Лимб может вращаться также вместе с алидадой. Для этого в приборе предусмотрен специальный механизм 42 (рис. 2), обеспечивающий соединение лимба с алидадой.
Включение и выключение лимба для совместного или раздельного вращения с алидадой осуществляется рычажками 39 и 40.
При совместном вращении лимба и алидады производится измерения углов методом повторений.
При неподвижной алидаде лимб имеет еще два варианта движений - самостоятельное, относительно алидады и столика, и вместе со столиком 54 (рис. 3). Самостоятельное вращение лимба относительно столика и алидады осуществляется маховичком 43 (рис. 2). Это движение используется в тех случаях, когда необходимо производить измерения различными участками лимба.
Вращение лимба вместе со столиком производится грубо от руки и точно микрометренным винтом 58 (рис. 3).
Столик 54 представляет собой круглый диск 2 (рис 4) установленный на оси 3.
Для правильной установки измеряемого предмета предусмотрен наклон столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях, осуществляемый с помощью винтов 36 (рис 2).
Столик может вращаться:
самостоятельно вокруг оси 3 (рис. 4) при неподвижном лимбе и алидаде;
вместе с лимбом относительно алидады и зрительной трубы;
вместе с лимбом и алидадой.
Для измерения призм различных размеров, имеется различный набор колец, позволяющих изменить высоту столика.
Для того, чтобы установить кольцо, необходимо отвернуть винты 1 настолько, чтобы они вышли из канавки, и снять диск 2. Установив кольцо, винты кольца завернуть до упора.
Важнейшим узлом гониометра является оптический микрометр. Устройство оптического микрометра приведено на рис. 7.
В направляющий паз линейки 9 вставлен ползун 2, с которым скреплена зубчатая рейка 6. При вращении маховичка ползун получает поступательное движение. С ползуном 2 жестко связаны подвижные клинья в оправе 4 и шкала 1 микрометра. Клинья в оправе 5 неподвижны.
Рейка 6 находится в постоянном зацеплении с шестерней 8, ось 7 которой соединена с маховичком 49 микрометра (рис. 3) посредством шарнирного валика.
Призма в оправе направляет пучки лучей, прошедшие через клинья, в сторону диафрагмы 3 (рис. 5), через большое окно которой рассматриваются изображения штрихов диаметрально противоположных участков лимба, а через малое -- шкала микрометра.
Литература
1. Г. С. Ландсберг. Оптика. М.: наука, 1976.
2. Описание ганиометра-спектрометра ГС-5
Приложение 1
Рисунок П1 - Общий вид гониометра ГС-5 (со стороны коллиматора):
30--стойка коллиматора; 31--спектральная щель; 32--кольцо; 33--коллиматор; 34--маховичок фокусировки коллиматора; 35--котировочный винт; 36--винт наклона столика; 37-шкала; 38--зрительная труба; 39, 40--рычажки; 41--алидада; 42--механизм соединения лимба с алидадой; 43--маховичок; 44--общий выключатель; 45--розетка; 46--переключатель; 47--подсветка; 48--основание