34.1.3. Умышленные и неумышленные изменения.
При исследовании эффекта, обусловленного изменением одной из величин, следует, очевидно, стараться остальные поддерживать постоянными. Но всегда есть вероятность, что эти величины изменяются, и в предыдущем разделе мы рассмотрели метод, позволяющий уменьшить подобные влияния. Однако метод пригоден лишь тогда, когда нежелательное изменение не вызывается самой варьируемой величиной. В предыдущем примере ни температура глицерина, ни точность хода часов не зависят от того, какой из шариков мы выбираем для очередного бросания.
Рассмотрим другой пример. Мы хотим определить, как изменяются размеры образца под действием магнитного поля, т.е. исследовать явление магнитострикции. В соленоид помещают железный стержень и измеряют его длину в зависимости от тока через соленоид, характеризующего напряженность магнитного поля.
Известно, что магнитострикционное изменение длины очень мало - относительное изменение при полном намагничивании составляет примерно 5×10-5, и поэтому для обеспечения нужной точности измерений температуру образца необходимо поддерживать постоянной; в противном случае эффект магнитострикции будет замаскирован тепловым расширением. При увеличении тока через соленоид возрастает выделяемое им тепло, и в результате этого может повыситься температура образца. Поэтому здесь совершенно не применим метод, изложенный в предыдущем примере, - варьируемая нами величина вызывает нежелательные изменения. Мы должны добиться, чтобы ток в соленоиде не оказывал влияния на температуру образца. Для этого можно, например, предусмотреть водяное охлаждение соленоида.
Обратный эффект также может вызывать ошибки. Ток в обмотке нагревателя создает магнитное поле, которое может повлиять на результаты измерений. Еще один пример - исследование электрокалорического эффекта (рис. 34.2).
Зависимость
температуры образца от времени для
последовательности процессов (E=0)
- (E=1.5
КВ/см) - (E=0)
представлена сплошной линией. В процессах
отсутствия внешнего поля скорость
изменения температуры была очень
невелика, то есть условия измерения
вполне можно считать квазистатическими
(dS=0).
"Скачок" температуры после включения
внешнего поля, составивший
= 0.078 К, обусловлен электрокалорическим
эффектом. После выключения поля
температура образца не понизилась до
ожидаемой величины, возможное изменение
которой показано штриховой линией. То
есть в процессе
произошел дополнительный рост температуры
на величину
= 0.083 К. Это обстоятельство наряду с
возрастанием скорости изменения
температуры образца в процессе пребывания
его в электрическом поле свидетельствует
о достаточно большой величине проводимости
исследованного кристалла, явившейся
причиной выделения Джоулева тепла на
его внутреннем сопротивлении.
Рис. 34.2. Влияние электрического поля на температуру кристалла NH4HSO4. - изменение температуры за счет ЭКЭ, - изменение температуры за счет выделения Джоулева тепла
34.1.4. Дрейф
В примере с шариками мы рассмотрели пример медленного и плавного изменения, или дрейфа, который продолжается в течение всего эксперимента. Помимо температуры, из других обычно встречающихся величин медленно изменяться могут атмосферное давление и влажность воздуха, эдс аккумулятора, напряжение в сети и даже его частота.
Влияние таких изменений можно уменьшить, если правильно выбрать последовательность измерений, но часто бывает желательно с самого начала исключить эти изменения или, по крайней мере, свести их к минимуму. Обычно для этого используют различные схемы автоматического регулирования.
В предыдущих примерах мы встречались с примером аппаратных изменений. Следует всегда иметь в виду, что в аппаратуре и приборах возможен дрейф - может изменяться и положение нуля и чувствительность. Поэтому приходиться повторять калибровку приборов в ходе эксперимента, и даже много раз.