Влияние изменения температуры

Влияние изменения температуры воздушной среды на период колебания маятника

С изменением температуры окружающей среды изменяются линейные размеры (длина) стержней маятников как деревянных, так и металлических, называемых также штангами, что приводит к изменению хода часов. Например, стальной стержень маятника длиной 994 мм с периодом колебания Т = 2 с при повышении температуры на 1° С дает отставание в ходе часов на 0,5 с в сутки. Как правило, часы при повышении температуры отстают в ходе, а при понижении — спешат. Это необходимо учитывать при расчете маятников для точных часов и находить методы и способы компенсации влияния температурных изменений.

Самый простой способ компенсации — это подбор материала стержня с наименьшим коэффициентом линейного расширения. Коэффициент линейного расширения alfa есть приращение длины стержня, отнесенное к единице длины; alfa = delta l /l при повышении температуры на 1° С. В табл. приведены значения коэффициентов линейного расширения различных материалов, применяемых в качестве стержней маятников, а также значения температурного коэффициента С.

Коэффициент С рассчитывается по формуле С = 43 200 alfa.

Данная формула по смыслу идентична формуле (18), т. е. коэффициент С есть суточный ход часов Q. Ход часов не будет зависеть от изменения температуры, если коэффициент а = 0. Поэтому для точных маятниковых часов применяют для стержня сплав инвар или кварц. Для штанг применяют в маятниковых часах широкого потребления сухие породы сосны или ели, а в часах-ходиках — углеродистые стали.

Однако высокоточные маятниковые часы с инварным стержнем имеют температурный коэффициент С = 0,005 с на 1° С, т. е. на 1—1,5 порядка точнее, чем приведенная величина в табл. Объясняется это тем, что в высокоточных маятниковых часах, помимо подбора материала для стержней и линз, применяют еще специальное устройство, которое автоматически компенсирует удлинение маятника и сводит к нулю влияние температурных изменений на ход часов.

На рис. показан маятник с температурной автокомпенсацией. Стержень маятника 1 изготовлен из инвара. На него свободно надевают компенсационную трубку 3, опирающуюся своим нижним концом на регулировочную гайку 4. На верхний конец компенсационной трубки надевают линзу 2. При повышении температуры стержень удлиняется вниз на величину delta l. На ту же величину опускается трубка и линза; следовательно, увеличивается приведенная длина маятника. Трубка, имеющая коэффициент линейного расширения значительно больше, чем стержень, тоже удлиняется, но только вверх, и перемещает линзу вверх. Происходит компенсация удлинения стержня, и приведенная длина остается прежней или изменяется очень незначительно. Сама компенсационная трубка состоит из двух цилиндров, расположенных один над другим. Цилиндры изготовлены из разнородных по коэффициенту а материалов.