《彎曲法測量楊氏模量》課件_王艷東.doc.ppt

1、楊氏模量的測量,朕,背景介紹,楊氏模量(Youngs modulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量。1807年因英國醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯 楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結(jié)果而命名。 根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個(gè)物理,楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性。,楊氏模量的測定對研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。,背景介紹,楊氏模量的定義：反映材料應(yīng)變(即單位長度

2、變化量)與物體內(nèi)部應(yīng)力(即單位面積所受到的力的大小)之間關(guān)系的物理量，反映材料的抗拉或抗壓能力。,背景介紹,測量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等，還出現(xiàn)了利用光纖位移傳感器、莫爾條紋、電渦流傳感器和波動(dòng)傳遞技術(shù)（微波或超聲波）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法測量楊氏模量。,科學(xué)家介紹托馬斯 楊,托馬斯 楊（Thomas Young，17731829）,英國物理學(xué)家、考古學(xué)家、醫(yī)生，光的波動(dòng)說的奠基人之一。1773年6月13日生于米爾弗頓，1829年5月10日在倫敦逝世。楊自幼天資過人，14歲就通曉拉丁、希臘、法、意、希伯萊、波斯、阿拉伯等多種語言，一生在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、天文、哲學(xué)

3、、語言、考古等廣泛的領(lǐng)域作了大量工作。 1801年楊通過著名的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，首先引入干涉概念論證了波動(dòng)說，又利用波動(dòng)說解釋了牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色。他還第一個(gè)測量了7種顏色光的波長。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握基本長度和微小位移量測量的方法，學(xué)習(xí)游標(biāo)卡尺、千分尺等常用長度測量儀器的使用； 2、熟悉霍爾位置傳感器的特性； 3、彎曲法測量鐵的楊氏模量； 4、學(xué)會(huì)用逐差法、作圖法處理數(shù)據(jù)。,實(shí)驗(yàn)原理,1. 梁彎曲的情況下，楊氏模量 可以用下式表示,為兩刀口間的距離； 為所加砝碼的質(zhì)量； 為梁的 厚度； 為梁的寬度； 為梁中心由于外力作用而下降 的距離。,實(shí)驗(yàn)原理,定義：一塊半導(dǎo)體薄片處于垂直于它的磁場B中

4、，當(dāng)通以電流I時(shí)，則在垂直于B、I方向上產(chǎn)生霍耳電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。,如果保持霍爾元件的電流不變，而使其在一個(gè)均勻梯度的磁場中移動(dòng)時(shí)，則輸出的霍爾電勢差變化量為：,輸出信號(hào)測量儀器,千分尺,游標(biāo)卡尺,霍耳元件,霍耳位置傳感器楊氏模量測量儀,實(shí)驗(yàn)儀器,1、調(diào)試步驟： （1）將銅橫梁放在刀口上，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)架的上下前后位置的調(diào)節(jié)螺絲，使傳感器探測元件處于磁鐵中間位置。 （2）用水準(zhǔn)器觀察是否在平衡位置，若偏離可用底座螺絲調(diào)節(jié)到水平位置。 （3）調(diào)節(jié)霍耳位置傳感器的毫伏表。磁鐵盒可上下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)螺絲使磁鐵上下移動(dòng)，當(dāng)毫伏表讀數(shù)值很小時(shí)，停止調(diào)節(jié)并固定螺絲，最后調(diào)節(jié)零電位器使毫伏表讀數(shù)為零。

5、 （4）調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡，使眼睛觀察十字線及分劃板刻度線和數(shù)字清晰。然后移動(dòng)讀數(shù)顯微鏡前后位置，使能清晰看到銅刀上的基線。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡的鼓輪使刀口架上的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻度線重合，記下初始讀數(shù)值。 2、霍爾位置傳感器的定標(biāo)（銅）： （1）檢查杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于梁中間，要防止外加風(fēng)的影響，杠桿安放在磁鐵的中間，注意不要與金屬外殼接觸； （2）逐次增加砝碼，每次增加10.00g，相應(yīng)從讀數(shù)顯微鏡讀出梁中心的位置（mm）及毫伏表的讀數(shù)（mV），記錄數(shù)據(jù)。 3、樣品楊氏模量的測量（鐵）： （1）更換鐵橫梁樣品，測量橫梁兩刀口間的距離d（一次測量）；橫梁的寬度b（一次測量）；在橫梁不同的位置測量其厚度a（6次測量取平均值）。 （2）逐次增加砝碼，每次增加10.00g，記錄毫伏表的讀數(shù)（mV）。 4、用逐差法計(jì)算霍爾傳感器的靈敏度K，并計(jì)算鐵橫梁樣品在不同外力下降的距離z和楊氏模量Y。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,數(shù)據(jù)記錄,數(shù)據(jù)