Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом если ограничиться точкой зрения практики использования кварцевого стекла, то можно сказать, что это вещество, обладая наименьшим тепловым расширением из всех наблюдавшихся до сих пор, показывает вместе с тем наиболее правильный ход расширения, почти не зависящий от предыдущей тепловой истории. Такие явления, как запаздывающее тепловое расширение (или сжатие) и изменение плотности в зависимости от скорости охлаждения и т. д., для кварцевого стекла, опять-таки если подходить практически, неощутимы. Мы еще раз подчеркиваем, что это отнюдь не значит, что все эти явления не существуют. Применение тончайших методов исследования дает возможность обнаружить их в очень многих случаях, но крайне малые отклонения, позволяя сделать ряд интересных выводов теоретического характера, не грозят тому важному для практики выводу, что кварцевое стекло в отношении температурных изменений ¦ геометрических параметров является своего рода идеальным веществом.
Коэфициент теплового расширения кварцевого стекла измерен в весьма большом интервале температур, от — 253 до 1 100°. Рассмат-" ривая относящиеся сюда работы, мы разобьем весь материал по температурному признаку на три группы: 1) для средних температур — от О до 100°, 2) для высоких температур — от 100 до 1 000° и 3) для низких температур — от 0 до — 253 °. При этом мы будем различать средний коэфициент линейного расширения, выражающийся формулой
Где _о«_ длина при некоторой исходной температуре, принимаемой в дальнейшем равной 0°, и истинный коэфициент линейного расши-* 1 dl
реНИя 0=---. 70
1. Расширение кварцевого стекла при средних температурах 0—100°. Эта температурная область в смысле практического использования кварцевого стекла предъявляет наибольшие требования точному определению коэфициента расширения. Разнообразные точные приборы, в которых приходится учитывать изменение размеров частей при перемене температуры, в значительной своей части работают внутри этого интервала. Здесь же лежит температура, при которой хранятся обычно те или иные эталоны из кварцевого стекла.
Измерения теплового коэфициента линейного расширения в области температур от 0 до 100° производились Chappuis65 (1903), Scheel87 (1903, 1907 и 1921), Donaldson88 (1912), Callendar89 (1913), Scheel и Heuse90 (1914), а также Souder иHidnert9l (1926). В большинстве случаев ^авторы описывают результаты своих измерений эмпирической линейной или квадратической формулой вида
. Ъа = а + Ы +с/2
Табл. 23 дает значения коэфициентов этой формулы по данным различных исследователей.
Коэфициенты эмпирической формулы: Sm
дователер
ТАБЛИЦА 23 a+bt+ct1 по данным различных иссле-
Автор"
Границы применимости формулы в °С
Chappuis (1903) . . . Scheel (1903) . . . .
Scheel (1907).....
Scheel (1907) . . . . Donaldson (1912) . . Callendar (1913) . . Schee! h Heuse (1914) Scheel (1921) . . . .
38,5 32,2 21,7
38,8
38
29
36,2
39,5
0,115
0,147
0,2379
0,1682
0,11
0,25
0,1813'
0,1282
—0,504
—0,7 . —0,340 —0,170
0—82 15—100 0—100 0—100 0—30 0—100 16—100 0—100
Сюда не вошли результаты опытов Souder и Hidnert, которые дают лишь средние значения коэфициента расширения в температурных интервалах 20—60° и 20—100°:
108.5mii° = 40, юв.^оо,-: 45
Как можно видеть из приведенной таблицы, коэфициент линейного расширения при 0° (т. е. величина, а) имеет для различных образцов стекла приблизительно одинаковую величину, и имеющиеся расхождения не превышают в большинстве случаев 3- Ю-8.
Однако данные двух кривых Schee! (1907), а также цифры Callendar заметно выпадают из общего уровня, давая значительно меньшие результаты. На одном из возможных объяснений этих расхождений мы остановимся ниже, а пока приведем наиболее вероятные значения теплового расширения кварцевого стекла в интервале 0—100 Дтабл. 24 и" рис. 28).
ТАБЛИЦА 24 ^
Наиболее вероятные значения среднего коэфициента линейного расширения кварцевого стекла в интервале 0—100°, по отношению к 0° С
Температура в ° С
0 38,2
30 42,2
50 . 44,8
75 48,0
100 50,6
2. Расширение кварцевого стекла при высоких температурах. , Измерения коэфициента. линейного
расширения в интервале температур 100—1000° производились Callendar89 (1913), Holborn и Henning 92 (1903), Randall 93 (1901), Scheel87 ( 1921), a также Souder и Hidnert91 (1926).
Из рис. 29, дающего результаты этих измерений, мы видим, что, в от личие от только что рассмотренной температурной области, при высоких температурах коэфициент расширения в меньшей степени зависит от температуры, сохраняя более или менее постоянное значение. Изменение, которое он претерпевает в небольшом интервале от 0 до 100°, значительно превосходит дальнейшие изменения в интервале 100— 1 000°. Это обстоятельство является непосредственным следствием существования минимального объема при температуре — 80°, когда истинный коэфициент расширения становится равным нулю. Быстрое уменьшение Ь в области от 100 До 0° является отражением стремления этой величины достигнуть нулевого значения при отрицательных температурах.
