Велика енциклопедія нафти і газу
1. Ознайомтеся з описом приладу, вивчіть його пристрій.
2. Увімкніть освітлювач, помістіть на нижню призму краплю досліджуваної рідини, опустіть верхню призму, зробіть відлік показника заломлення середовища за шкалою.
3. Витріть призми. Помістіть на них краплю інший досліджуваної рідини. Всі операції повторіть.
4. Всі дані занесіть в таблицю для записів результатів вимірювання показника заломлення і концентрації цукру в розчині.
5. Побудуйте графік залежності показника заломлення середовища від концентрації розчиненого речовини n \u003d f (С), де С - концентрація розчину (цукру).
Таблиця 2.1
Вимірювання показника заломлення і концентрації цукру розчинів
Контрольні питання
1. Прочитайте закон відображення і заломлення світла.
2. Який фізичний зміст показника заломлення речовини?
3. Що таке повне внутрішнє відбиття? Коли спостерігається це явище?
Робота №3.3 вимір радіуса кривизни лінзи і довжин світлових хвиль за допомогою інтерференційних кілець Ньютона
Мета роботи: Вивчити явище інтерференції і ознайомитися з одним з окремих випадків інтерференції кільцями Ньютона і з їх допомогою визначити радіус кривизни лінзи і довжину хвилі світла.
Прилади й приналежності: Мікроскоп, окулярний мікрометр, плосковипуклая лінза великого радіуса кривизни, плоскопаралельна пластинка, джерело світла (лампа розжарювання, неонова лампочка), набір світлофільтрів.
Вступ
Кільця Ньютона є окремим випадком інтерференції світлових хвиль, що виникає при освітленні плосковипуклой лінзи з великим радіусом кривизни, розташованої на плоскій дзеркальної поверхні. Когерентні интерферирующие хвилі виникають при відображенні паралельних променів, що падають перпендикулярно на плоску поверхню лінзи від кордону розділу лінза- повітря і повітря - пласка поверхня (див. Рис. 3.1. Для простоти показаний один промінь, падаючий на плоску поверхню лінзи).
Лінза розташована опуклою частиною на плоскій пластинці. Між лінзою і пластинкою є зазор, заповнений повітрям або іншим речовиною. У точці Про товщина повітряного прошарку в зазорі значно менше довжини хвилі світла, і у відбитому світлі в центральній точці завжди спостерігається темрява. Тут відбувається складання двох хвиль в протилежних фазах, тому що перші відбиття лінза-повітря походить від оптично менш щільного середовища і відбитий промінь не змінює фазу, а в разі відображення повітря-скло (від нижньої межі повітряного прошарку) має місце зміна фази відбитого променя на π , а це рівносильно зміни різниці ходу хвиль на λ / 2, тому що відбувається відображення від оптично більш щільного середовища. На деякій відстані від точки Про промінь світла проходить шлях, де товщина повітряного зазору дорівнює d. Величина d буде тим більше, чим далі знаходиться точка падіння променя від точки О. Радіус лінзи значно більше товщини зазору, тому можна вважати, що відбиті промені 1 і 2 будуть збігатися за напрямком. Там, де товщина повітряного зазору d \u003d λ / 4, геометрична різниця ходу цих променів дорівнюватиме λ / 2, т. К. Промінь 2 проходить цей зазор двічі. А внаслідок зміни фази цим променем при відображенні від оптично більш щільного середовища, оптична різниця ходу цих двох променів дорівнюватиме λ. Для цих точок буде спостерігатися максимум інтерференції при складанні цих променів. Місця однакової товщини повітряного зазору розташовані навколо точки О концентричними колами. Шар товщиною d \u003d λ / 4 утворюються перші світле кільце, наступне за центральним темною плямою. Після нескладних математичних міркувань умова максимуму інтерференції відбитих променів буде записано у вигляді:
(3.1)
Умова мінімуму інтерференції в цьому випадку має вигляд:
(3.2)
де Δ .- оптична різниця ходу інтерферуючих променів,
d k - товщина повітряного прошарку,
λ - довжина хвилі світла, що падає на лінзу,
до - порядковий номер, до \u003d 0, 1, 2 ...
Так як виміряти товщину повітряного зазору між лінзою і плоским дзеркалом важко, її зазвичай виключають, висловлюючи через радіус відповідних темних кілець - r k.
Зв'язок між товщиною повітряного прошарку d k, радіусом темного кільця г k і радіусом кривизни лінзи R можна легко отримати, згадавши відому теорему з геометрії (рис. 3.2).
(3.3)
Розкриваючи дужки і враховуючи, що d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Підставивши в рівняння (3.4) значення d k з рівняння (3.2), отримуємо рівняння, що зв'язує радіуси темних кілець з радіусом кривизни лінзи і довжиною хвилі світла для світлих кілець Якщо спостереження проводити в світлі, розташування темних і світлих кілець буде в зворотному порядку, т. Е. В точці О буде світла пляма, за ним слід темне і т. Д. Рівняння (3.5) буде давати значення радіусів світлих кілець, а ( 3.6) - темних. У даній роботі рівняння (3.5) є расчетним.Его можна використовувати або для визначення R - радіуса кривизни лінзи, якщо висвітлити установку світлом з певною довжиною хвилі, а експериментально визначати r k і k; або для визначення λ
-
довжини хвилі світла, якщо використовується лінза з відомим радіусом кривизни, також вимірюючи r k і k. На практиці вимірюють радіус не одного кільця, а декількох і, записуючи рівняння (3.5), двічі для кілець з порядковим номером "m" і "n", отримують рівняння для розрахунку λ і R. Віднімаючи з першого рівняння друге, отримуємо З рівняння (3.8) можна отримати рівняння для розрахунку радіуса кривизни. опис установки Вимірювання радіусів кілець Ньютона в даній роботі здійснюється за допомогою мікроскопа МБС, в одну з окулярних трубок якого встановлено джерело світла і світлофільтр, а в іншу трубку вставлений окулярний мікрометр. Це дає можливість спостерігати кільця Ньютона у відбитому світлі при нормальному падінні світлової хвилі на лінзу, так як в оптичній голівці мікроскопа встановлено спеціальні призми (призми Шмідта), що дозволяють направляти промінь світла на об'єкт і від об'єкта під прямим кутом, а окулярні трубки розгортати по оку спостерігача. На предметний столик мікроскопа кладеться пристосування, що дозволяє отримувати интерференционную картину. Воно складається з щільно притиснутою опуклою стороною плосковипуклой лінзи і плоскопараллельной пластинки. Вимірювання радіусів кілець Ньютона здійснюється за допомогою окулярного мікрометра (рис. 3.3). Окулярний мікрометр складається з корпусу 1 з хомутиком 4, який одягається на тубус мікроскопа і закріплюється гвинтом 5 окуляра 2 з Діоптрійність механізмом. Обертанням окуляра встановлюють його на різке зображення перехрестя 1 (рис. 3.4). У фокальній площині окуляра розташовані нерухома шкала 3 з поділами від 0 до 8 (рис. 3.4), рухливі перехрестя 1 і індекс 2 у вигляді біштріха. При обертанні мікрометричного гвинта 3 (рис. 3.3) перехрестя 1 і біштріх 2 (рис. 3.4) переміщаються в поле зору окуляра 2 відносно нерухомої шкали 3. Крок гвинта дорівнює 1 мм. При повороті гвинта 3 за торовану частина барабана (рис. 3.3) на один оборот біштріх і перехрестя в поле зору окуляра (рис. 3.4) перемістяться на одну поділку шкали. Отже, нерухома шкала в поле зору служить для відліку повних обертів барабана гвинта. Барабан 3 по колу розділений на 100 частин. Поворот барабана на одну поділку відповідає переміщенню перехрестя на 0,01 поділів нерухомою шкали. Повний відлік за шкалами окулярного мікрометра складається з відліку по нерухомій шкалі і відліку по барабану гвинта. Відлік по нерухомій шкалі в поле зору визначається положенням біштріха. Відлік по барабану мікрометричного гвинта проводиться як і за звичайним мікрометра, т. Е. Визначається розподіл шкали, яке знаходиться проти індексу, нанесеного на нерухомому циліндрі барабана. Вимірювання діаметра кілець зводиться до визначення координат кілець за шкалою окулярного мікрометра. Обертаючи барабан мікрометричного гвинта, встановлюємо перехрестя на темне кільце (спочатку на правий край першого, потім другого, третього і т. Д., Кожен раз роблячи відлік за шкалою і барабану, як сказано вище). Потім так само відраховуємо координати ряду послідовних кілець зліва. Віднімаючи з більшою координати меншу для одного і того ж кільця, отримуємо діаметр відповідного кільця в умовних одиницях. Розділивши діаметр на два, отримуємо значення радіусу. Помноживши отримане значення радіуса кільця на перекладної коефіцієнт, наведений в таблиці 3.1, отримаємо істинний розмір кільця в міліметрах. 1. Ознайомтеся з описом приладу, вивчіть його пристрій. 2. Увімкніть освітлювач, помістіть на нижню призму краплю досліджуваної рідини, опустіть верхню призму, зробіть відлік показника заломлення середовища за шкалою. 3. Витріть призми. Помістіть на них краплю інший досліджуваної рідини. Всі операції повторіть. 4. Всі дані занесіть в таблицю для записів результатів вимірювання показника заломлення і концентрації цукру в розчині. 5. Побудуйте графік залежності показника заломлення середовища від концентрації розчиненого речовини n \u003d f (С), де С - концентрація розчину (цукру). Таблиця 2.1 Вимірювання показника заломлення і концентрації цукру розчинів Контрольні питання 1. Прочитайте закон відображення і заломлення світла. 2. Який фізичний зміст показника заломлення речовини? 3. Що таке повне внутрішнє відбиття? Коли спостерігається це явище? Мета роботи: Вивчити явище інтерференції і ознайомитися з одним з окремих випадків інтерференції кільцями Ньютона і з їх допомогою визначити радіус кривизни лінзи і довжину хвилі світла. Прилади й приналежності: Мікроскоп, окулярний мікрометр, плосковипуклая лінза великого радіуса кривизни, плоскопаралельна пластинка, джерело світла (лампа розжарювання, неонова лампочка), набір світлофільтрів. Кільця Ньютона є окремим випадком інтерференції світлових хвиль, що виникає при освітленні плосковипуклой лінзи з великим радіусом кривизни, розташованої на плоскій дзеркальної поверхні. Когерентні интерферирующие хвилі виникають при відображенні паралельних променів, що падають перпендикулярно на плоску поверхню лінзи від кордону розділу лінза- повітря і повітря - пласка поверхня (див. Рис. 3.1. Для простоти показаний один промінь, падаючий на плоску поверхню лінзи). Лінза розташована опуклою частиною на плоскій пластинці. Між лінзою і пластинкою є зазор, заповнений повітрям або іншим речовиною. У точці Про товщина повітряного прошарку в зазорі значно менше довжини хвилі світла, і у відбитому світлі в центральній точці завжди спостерігається темрява. Тут відбувається складання двох хвиль в протилежних фазах, тому що перші відбиття лінза-повітря походить від оптично менш щільного середовища і відбитий промінь не змінює фазу, а в разі відображення повітря-скло (від нижньої межі повітряного прошарку) має місце зміна фази відбитого променя на π ,
а це рівносильно зміни різниці ходу хвиль на λ / 2, тому що відбувається відображення від оптично більш щільного середовища. На деякій відстані від точки Про промінь світла проходить шлях, де товщина повітряного зазору дорівнює d. Величина d буде тим більше, чим далі знаходиться точка падіння променя від точки О. Радіус лінзи значно більше товщини зазору, тому можна вважати, що відбиті промені 1 і 2 будуть збігатися за напрямком. Там, де товщина повітряного зазору d \u003d λ / 4, геометрична різниця ходу цих променів дорівнюватиме λ / 2, т. К. Промінь 2 проходить цей зазор двічі. А внаслідок зміни фази цим променем при відображенні від оптично більш щільного середовища, оптична різниця ходу цих двох променів дорівнюватиме λ. Для цих точок буде спостерігатися максимум інтерференції при складанні цих променів. Місця однакової товщини повітряного зазору розташовані навколо точки О концентричними колами. Шар товщиною d \u003d λ / 4 утворюються перші світле кільце, наступне за центральним темною плямою. Після нескладних математичних міркувань умова максимуму інтерференції відбитих променів буде записано у вигляді: Умова мінімуму інтерференції в цьому випадку має вигляд: де Δ .- оптична різниця ходу інтерферуючих променів, d k - товщина повітряного прошарку, λ - довжина хвилі світла, що падає на лінзу, до - порядковий номер, до \u003d 0, 1, 2 ... Так як виміряти товщину повітряного зазору між лінзою і плоским дзеркалом важко, її зазвичай виключають, висловлюючи через радіус відповідних темних кілець - r k. Зв'язок між товщиною повітряного прошарку d k, радіусом темного кільця г k і радіусом кривизни лінзи R можна легко отримати, згадавши відому теорему з геометрії (рис. 3.2). Розкриваючи дужки і враховуючи, що d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Підставивши в рівняння (3.4) значення d k з рівняння (3.2), отримуємо рівняння, що зв'язує радіуси темних кілець з радіусом кривизни лінзи і довжиною хвилі світла для світлих кілець Якщо спостереження проводити в світлі, розташування темних і світлих кілець буде в зворотному порядку, т. Е. В точці О буде світла пляма, за ним слід темне і т. Д. Рівняння (3.5) буде давати значення радіусів світлих кілець, а ( 3.6) - темних. У даній роботі рівняння (3.5) є расчетним.Его можна використовувати або для визначення R - радіуса кривизни лінзи, якщо висвітлити установку світлом з певною довжиною хвилі, а експериментально визначати r k і k; або для визначення λ
-
довжини хвилі світла, якщо використовується лінза з відомим радіусом кривизни, також вимірюючи r k і k. На практиці вимірюють радіус не одного кільця, а декількох і, записуючи рівняння (3.5), двічі для кілець з порядковим номером "m" і "n", отримують рівняння для розрахунку λ і R. Віднімаючи з першого рівняння друге, отримуємо З рівняння (3.8) можна отримати рівняння для розрахунку радіуса кривизни. опис установки Вимірювання радіусів кілець Ньютона в даній роботі здійснюється за допомогою мікроскопа МБС, в одну з окулярних трубок якого встановлено джерело світла і світлофільтр, а в іншу трубку вставлений окулярний мікрометр. Це дає можливість спостерігати кільця Ньютона у відбитому світлі при нормальному падінні світлової хвилі на лінзу, так як в оптичній голівці мікроскопа встановлено спеціальні призми (призми Шмідта), що дозволяють направляти промінь світла на об'єкт і від об'єкта під прямим кутом, а окулярні трубки розгортати по оку спостерігача. На предметний столик мікроскопа кладеться пристосування, що дозволяє отримувати интерференционную картину. Воно складається з щільно притиснутою опуклою стороною плосковипуклой лінзи і плоскопараллельной пластинки. Вимірювання радіусів кілець Ньютона здійснюється за допомогою окулярного мікрометра (рис. 3.3). Окулярний мікрометр складається з корпусу 1 з хомутиком 4, який одягається на тубус мікроскопа і закріплюється гвинтом 5 окуляра 2 з Діоптрійність механізмом. Обертанням окуляра встановлюють його на різке зображення перехрестя 1 (рис. 3.4). У фокальній площині окуляра розташовані нерухома шкала 3 з поділами від 0 до 8 (рис. 3.4), рухливі перехрестя 1 і індекс 2 у вигляді біштріха. При обертанні мікрометричного гвинта 3 (рис. 3.3) перехрестя 1 і біштріх 2 (рис. 3.4) переміщаються в поле зору окуляра 2 відносно нерухомої шкали 3. Крок гвинта дорівнює 1 мм. При повороті гвинта 3 за торовану частина барабана (рис. 3.3) на один оборот біштріх і перехрестя в поле зору окуляра (рис. 3.4) перемістяться на одну поділку шкали. Отже, нерухома шкала в поле зору служить для відліку повних обертів барабана гвинта. Барабан 3 по колу розділений на 100 частин. Поворот барабана на одну поділку відповідає переміщенню перехрестя на 0,01 поділів нерухомою шкали. Повний відлік за шкалами окулярного мікрометра складається з відліку по нерухомій шкалі і відліку по барабану гвинта. Відлік по нерухомій шкалі в поле зору визначається положенням біштріха. Відлік по барабану мікрометричного гвинта проводиться як і за звичайним мікрометра, т. Е. Визначається розподіл шкали, яке знаходиться проти індексу, нанесеного на нерухомому циліндрі барабана. Вимірювання діаметра кілець зводиться до визначення координат кілець за шкалою окулярного мікрометра. Обертаючи барабан мікрометричного гвинта, встановлюємо перехрестя на темне кільце (спочатку на правий край першого, потім другого, третього і т. Д., Кожен раз роблячи відлік за шкалою і барабану, як сказано вище). Потім так само відраховуємо координати ряду послідовних кілець зліва. Віднімаючи з більшою координати меншу для одного і того ж кільця, отримуємо діаметр відповідного кільця в умовних одиницях. Розділивши діаметр на два, отримуємо значення радіусу. Помноживши отримане значення радіуса кільця на перекладної коефіцієнт, наведений в таблиці 3.1, отримаємо істинний розмір кільця в міліметрах. \u003e\u003e Освітленість 1. Визначаємо освітленість Від будь-якого джерела світла поширюється світловий потік. Чим більший світловий потік впаде на поверхню того чи іншого тіла, тим краще його видно. Освітленість позначається символом E і визначається за формулою: де Ф - світловий потік; S - площа поверхні, на яку падає світловий потік. В СІ за одиницю освітленості прийнято люкс (лк) (від латин. Iux - світло). Один люкс - це освітленість такої поверхні, на один квадратний метр якої падає світловий потік, рівний одному люмен: Наводимо деякі значення поверхні (поблизу землі). Освітленість Е: Сонячними променями опівдні (на середніх широтах) - 100 000 лк; 2. З'ясовуємо, від чого залежить освітленість Напевно, всі ви бачили шпигунські фільми. Уявіть: який-небудь герой при світлі слабкої кишенькового ліхтарика уважно переглядає документи в пошуках необхідних «секретних даних». Взагалі, щоб читати, не напружуючи очей, потрібна освітленість не менш 30 лк (рис. 3.9), а це немало. І як наш герой домагається такої освітленості? По-перше, він підносить ліхтарик якомога ближче до документа, який переглядає. Значить, освітленість залежить від відстані від до освітлюваного предмета. По-друге, він має в своєму розпорядженні ліхтарик перпендикулярно до поверхні документа, а це значить, що освітленість залежить від кута, під яким світло падає на поверхню. Мал. 3.10. У разі збільшення відстані до джерела світла площа освітленої поверхні збільшується І врешті-решт, для кращого освітлення він просто може взяти більш потужний ліхтарик, так як очевидно, що зі збільшенням сили світла джерела збільшується освітленість. З'ясуємо, як змінюється освітленість в разі збільшення відстані від точкового джерела світла до освітлюваної поверхні. Нехай, наприклад, світловий потік від точкового джерела падає на екран, розташований на певній відстані від джерела. Якщо збільшити відстань удвічі, можна помітити, що один і той же світловий потік буде висвітлювати в 4 рази Ф велику площу. Оскільки, то освітленість в цьому випадку зменшиться в 4 рази. Якщо збільшити відстань в 3 рази, освітленість зменшиться в 9 - З 2 раз. Т. е. Освітленість обернено пропорційна квадрату відстані від точкового джерела світла до поверхні (рис. 3 10). Якщо пучок світла падає перпендикулярно до поверхні, то світловий потік розподіляється на мінімальній площі. У разі збільшення кута падіння світла збільшується площа, на яку падає світловий потік, тому освітленість зменшується (рис. 3.11). Ми вже говорили, що в разі збільшення сили світла джерела освітленість збільшується. Експериментально встановлено, що освітленість прямопропорційна силі світла джерела. (Освітленість зменшується, якщо в повітрі часток пилу, туману, диму, так як вони відображають і розсіюють певну частину світлової енергії.) Якщо поверхня розташована перпендикулярно до напрямку поширення світла від точкового джерела і світло поширюється в чистому повітрі, то освітленість можна визначити за формулою: Мал. 3.11 У разі збільшення кута падіння паралельних променів на поверхню (а 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределяется по все большей площади поверхности Стіл освітлений лампою, розташованої на висоті 1,2 м прямо над столом. Визначте освітленість столу безпосередньо під лампою, якщо повний світловий потік лампи складає 750 лм. Лампу вважайте точковим джерелом світла. Фізична величина, що чисельно дорівнює світловому потоку Ф, що падає на одиницю освітлюваної поверхні S, називається освітленістю .У СІ за одиницю освітленості прийнято люкс (лк). Освітленість поверхні E залежить: а) від відстані R до освітлюваної поверхні б) від кута, під яким світло падає на поверхню (чим менше кут падіння, тим більше освітленість); в) від сили світла I джерела (E - I); г) прозорості середовища, в якій поширюється світло, проходячи від джерела до поверхні. 1. Що називають освітленістю? В яких одиницях вона вимірюється? 3. Як можна збільшити освітленість певної поверхні? 4. Відстань від точкового джерела світла до поверхні збільшили в 2 рази. Як при цьому змінилася освітленість поверхні? 5. Чи залежить освітленість поверхні від сили світла джерела, який висвітлює цю поверхню? Якщо залежить, то як? 1. Чому освітленість горизонтальних поверхонь опівдні більше, ніж вранці і ввечері? 2. Відомо, що освітленість від декількох джерел дорівнює сумі освітленостей від кожного з цих джерел окремо. Наведіть приклади застосування цього правила на практиці. 3. Після вивчення теми «Освітлення» семикласники вирішили збільшити освітленість свого робочого місця: Петя замінив лампочку в своїй настільній лампі на лампочку більшої потужності; Які з учнів поступили правильно? Обгрунтуйте відповідь. 4. У ясний полудень освітленість поверхні Землі прямими сонячними променями становить 100 000 лк. Визначте світловий потік, що падає на ділянку площею 100 см 2. 5. Визначте освітленість від електричної лампочки потужністю 60 Вт, розташованої на відстані 2 м. Чи достатньо цієї освітленості для читання книги? 6. Дві лампочки, поставлені поруч, висвітлюють екран. Відстань від лампочок до екрана I м. Одну лампочку вимкнули. На скільки потрібно наблизити екран, щоб його освітленість не змінилася? Для вимірювання сили світла використовують прилади, які називаються фото метрами. Виготовте найпростіший аналог фотометра. Для цього візьміть білий аркуш (екран) і поставте на ньому масну пляму (наприклад, маслом). Закріпіть лист вертикально і висвітліть його з двох сторін різними джерелами світла (S 1, S 2) (див. Малюнок). (Світло від джерел повинен падати перпендикулярно до поверхні листа.) Повільно пересуваючи один з джерел, зробіть так, щоб пляма стало практично невидимим. Це станеться, коли освітленість плями з однієї й іншої сторони буде однаковою. Т. е. E 1 \u003d E 2. оскільки . Виміряйте відстань від першого джерела до екрану (R 1) і відстань від другого джерела до екрану (R 2). Порівняйте, у скільки разів сила світла першого джерела відрізняється від сили світла другого джерела:. Науково-виробничий комплекс «Фотоприлад» (м.Черкаси) Сфера діяльності підприємства - розробка і виробництво приладів точної механіки, оптоелектроніки і оптомеханікі різноманітного призначення, медичної і криміналістичної техніки, побутових товарів, офісних годин представницького класу. HBK «Фотоприлад» розробляє і випускає перископічні приціли для різноманітних артилерійських установок, гірокомпаси, гіроскопи, оптико-електронну апаратуру для вертольотів, бронетехніки, а також широкий спектр оптичного устаткування і приладів різного призначення. Фізика. 7 клас: Підручник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кірюхін, О. О. Кірюхіна. - X .: Видавництво «Ранок», 2007. - 192 с .: іл. Короткі теоретичні відомості Розділ фізики, що займається вимірюванням характеристик оптичного випромінювання, називається фотометрією. Для прикладної світлотехніки важлива як об'єктивна енергетична характеристика світла, так і міра впливу світла на око спостерігача. Тому в фотометрії доводиться вводити подвійні одиниці вимірювання: енергетичні (які оцінюються за об'єктивним енергетичними характеристиками) і фотометричні (які оцінюються за впливу на око). Енергетичні і фотометричні величини взаємопов'язані. Основний фотометрической величиною є одиниця сили світла - кандела. Кандела (Кд) - це сила світла, випромінюваного перпендикулярно поверхні чорного випромінювача з площі 1 / 6'10 -5 м 2 при температурі затвердіння платини, яка перебуває під тиском 101 325 Па. величина (1) називається елементарним світловим потоком, випромінюваних в простір, обмеженим кутом aW
. Одиницею світлового потоку є люмен (1 Лм \u003d 1 Кд '1 стер.). Якщо сила світла джерела не залежить від напряму спостереження (таке джерело називається ізотропним), то повний світловий потік, що випромінюється джерелом в усіх напрямках, дорівнює На шляху світлового потоку розташуємо елементарну площадку dS
, Що утворить кут
з напрямком поширення світла. Ставлення світлового потоку до площі освітлюваної поверхні називається освітленістю, яка вимірюється в люксах (1 Лк \u003d 1 Лм / м 2). Побудуємо також майданчик dS 0
, Перпендикулярну до напрямку спостереження і знаходиться на тій же відстані r
від джерела світла, що і майданчик dS
. Враховуючи що і використовуючи співвідношення (1), з формули (3) отримуємо (5) Таким чином, освітленість поверхні обернено пропорційна квадрату відстані від джерела світла (закон зворотних квадратів) і прямо пропорційна силі світла і косинусу кута падіння світла на поверхню (закон косинусів). Якщо джерело світла - деяка поверхню, то для її характеристики вводяться такі величини, як світність і яскравість. нехай майданчик dS
випромінює світло. Тоді світність можна визначити як світловий потік, що випускається з одиниці площі: (6) У свою чергу яскравістю називають силу світла, що випускається з одиниці видимої поверхні в даному напрямку: (7) З формули (7) випливає, що яскравість джерела В
може залежати від кута a. Однак існують джерела світла, для яких яскравість не залежить від напряму спостереження, тобто В (a) \u003d const
. Такі джерела підкоряються закону Ламберта: (8) і для них справедливо співвідношення Якщо світіння поверхні обумовлено освітленням її зовнішнім джерелом, то світність пов'язана з освітленістю співвідношенням: де r
- коефіцієнт розсіювання (відображення) світла. опис установки Фотометричний прилад складається з камери і роз'ємного корпусу прямокутної форми. Усередині камери вмонтований селеновий фотоелемент, дроти якого виведені на торцеву частину приладу. Фотоелемент закріплено в спеціальній оправі, яка може повертатися навколо горизонтальної осі в межах кута | \u003d 90 0. Відлік кута повороту здійснюється по кутовий шкалою, розташованої на лицьовій стороні камери. Селеновий фотоелемент складається з металевої підкладки, на одній стороні якої нанесено шар селену завтовшки близько 0,1 мм. Зверху цей шар покритий прозорим електродом. Відповідно до першого закону фотоефекту, сила фотоструму насичення пропорційна падаючому потоку: де γ
- інтегральна чутливість фотоелемента. Селеновий фотоелемент має спектральну характеристику чутливості, близьку до кривої видимості людського ока. Це дозволяє використовувати фотоелемент для фотометрірованія денного світла. Усередині прямокутного корпусу поміщається освітлювач з електролампочки, який може переміщатися уздовж поздовжньої осі приладу. Величина переміщення відраховується по лінійці, закріпленої на лицьовій стороні приладу. У набір також входять лінзи в оправі, матове скло, набір діафрагм, досліджувана електрична лампочка, реостат. Харчування електролампочок здійснюється від випрямляча типу ВС-24. Величина фотоструму вимірюється за допомогою універсального цифрового приладу типу 4323А. Виконання роботи 1. Підключити мікроамперметр до затискачів фотоелемента. Встановити межа вимірювань - 10 мкА. 2. Лампочку освітлювача з'єднати послідовно з реостатом і випрямлячем. 3. Встановити фотоелемент перпендикулярно осі приладу (ручку - на нульову позначку кутовий шкали). Вправа 1 .
від відстані до джерела світла. 1. Встановити освітлювач на десятому розподілі шкали. 3.
За допомогою реостата подати на лампу таку напругу, при якому мікроамперметр покаже максимальне значення сили струму ( i \u003d 10 мкА).
4. Зняти відлік i 10
за шкалою мікроамперметра. 5. Не міняючи напруги, встановити лампу на 20 і 30 розподілах шкали і зняти відліки i 20
і i 30.
6. Використовуючи отримані дані, перевірити справедливість закону зворотних квадратів: Вправа 2.Дослідження залежності освітленості
Від кута падіння світла. 1. Встановити освітлювач на десятому розподілі шкали приладу. 2. Для отримання паралельного пучка світла між джерелом і фотоелементом встановити лінзу в оправі. 3. За допомогою реостата домогтися максимального значення фотоструму ( i \u003d 10 мкА)
і зняти відлік i 0.
4. Не змінюючи напруги на лампі і відстань r
, Повернути фотоелемент на 30 0 і 45 0, і зняти відліки i 30
і i 45
.
за шкалою мікроамперметра. 5. Використовуючи отримані дані, перевірити справедливість закону косинусів: Вправа 3.Дослідження залежності світлового потоку
від площі освітленої поверхні.
1. Прибрати лінзу і повернути фотоелемент перпендикулярно падаючому світлу (ручку на нульову позначку кутовий шкали). 2. Встановити освітлювач на десятому розподілі шкали. 3. За допомогою реостата подати на лампу таку напругу, при якому мікроамперметр покаже максимальне значення сили струму ( i \u003d 10 мкА
). 4. Помістити між фотоелементом і світловим джерелом матове скло в оправі (при цьому площа відкритої поверхні фотоелемента дорівнює 9 см 2). Зняти величину фотоструму i 9
за шкалою мікроамперметра. 5. Встановити перед фотоелементом послідовно діафрагми з площею 6 см 2 і 3 см 2 і зняти відповідно показання мікроамперметра i 6
і i 3
.
6. Побудувати графік функції i \u003d f (S)
і переконатися в лінійної залежності світлового потоку від площі поверхні при постійній освітленості. Контрольні питання
1. У чому різниця між енергетичним і фотометрическими величинами? 2. Основні фотометричні величини і одиниці їх виміру. 3. Закон зворотних квадратів. Закон косинусів. 4. Які джерела світла називаються ламбертовскімі? сторінка 1 Залежність освітленості від нахилу також може бути покладена в основу светоослабляющіх пристроїв. Залежність освітленості в фокальній площині приладу від його параметрів у разі суцільного спектра буде складнішою, ніж розглянута вище. Зокрема, для суцільного спектра освітленість виявляється залежною від ширини щілини і дисперсії спектрографа. Розглянемо залежність освітленості первинного зображення від різних факторів. Розглянемо тепер залежність освітленості вздовж зображення щілини від способу її освітлення. Відповідність між розподілом освітленості уздовж щілини і по висоті зображення спектральної лінії може спотворюватися впливом ефекту віньєтування. Сутність цього ефекту полягає в наступному. Якщо щілина велика по висоті, світлові пучки, що виходять з нецентральних ділянок щілини і джерела, поширюючись всередині спектрографа під кутом до оптичної осі, в повному обсязі використовуються оптичною системою приладу. Крива, що виражає залежність освітленості в напрямку, паралельному напрямку прямих рівних хвильових аберацій для точки, що лежить на головному промені нашого пучка, показана на фіг. Стає зрозумілою і залежність освітленості безперервного спектра від ширини щілини. Чим ширше щілину, тим більше число монохроматичних зображень щілини перекривається в кожній даній точці спектра. Разом з тим ми бачимо, що зростання освітленості безперервного спектра при збільшенні ширини вхідної щілини супроводжується зменшенням чистоти спектра - збільшенням інтервалу довжин хвиль 6Я в кожній точці спектра. На рис. 2 дається залежність природної сонячної освітленості в місті з розвиненою промисловістю від запиленості повітря. Точковий метод заснований на залежності освітленості даної точки від сили світла висвітлюють її джерел у відповідних напрямках. Він придатний при будь-якому розташуванні освітлюваних поверхонь так само, як і при будь-якому розподілі освітленості, але за умови, що можна обмежитися наближеним урахуванням тієї освітленості, яка створюється потоками, відбитими від стін і стель приміщення. У своїх звичайних формах метод розрахований на використання при точкових джерелах світла, а такими - можна вважати джерела, найбільший розмір яких не перевищує / з - ь - 1/4 відстані до освітлюваної точки. Ми можемо побудувати графік залежності освітленості, створюваної лампою, від відстані до лампи, навіть якщо ми не знаємо значення самої освітленості. Цей метод розрахунку заснований на залежності освітленості від світлорозподілу і розміщення світильників в освітленому приміщенні. Для люмінесцентних світильників, розташованих в лінію з розривами або без них, светораспределение лінії характеризується кривими сили світла в подовжній і поперечній площинах. Ми бачимо суттєву різницю для залежності освітленості і потоку від параметрів приладу. Різна залежність і від спектральної ширини щілини.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
Робота №3.3 вимір радіуса кривизни лінзи і довжин світлових хвиль за допомогою інтерференційних кілець Ньютона
Вступ
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
сонячними променями на відкритому місці в похмурий день - 1000 лк;
сонячними променями в світлій кімнаті (поблизу вікна) - 100 лк;
на вулиці при штучному освітленні - до 4 лк;
від повного місяця - 0,2 лк;
від зоряного неба в безмісячну ніч - 0,0003 лк.
де I - сила світла джерела, R - відстань від джерела світла до поверхні.
3. Вчимося вирішувати завдання
2. Чи можна читати, не напружуючи очей, у світлій кімнаті? на вулиці при штучному освітленні? при повному місяці?
- Наташа поставила ще одну настільну лампу;
- Антон підняв люстру, яка висіла над його столом, вище;
- Юрій розташував настільну лампу таким чином, що світло почало падати практично перпендикулярно до столу.
Розглянемо точковий джерело, сила світла якого дорівнює I
, І виділимо тілесний кут aW
з вершиною в точці знаходження джерела (рис.1).