Velika enciklopedija nafte i plina
1. Pročitajte opis uređaja i proučite njegov uređaj.
2. Uključite iluminator, stavite kap tekućine koja se ispituje na donju prizmu, spustite gornju prizmu, pročitajte indeks loma medija na skali.
3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge test tečnosti. Ponovite sve radnje.
4. U tablicu unesite sve podatke kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini.
5. Nacrtajte grafikon zavisnosti indeksa loma medija od koncentracije otopljene supstance n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera).
Tabela 2.1
Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama
test pitanja
1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti.
2. Koje je fizičko značenje indeksa loma supstance?
3. Šta je totalna unutrašnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen?
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti sočiva i dužine svjetlosnih valova pomoću Newtonovih interferencijskih prstenova
Cilj: proučiti fenomen interferencije i upoznati se s jednim od posebnih slučajeva interferencije Newtonovih prstenova i uz njihovu pomoć odrediti radijus zakrivljenosti sočiva i talasnu dužinu svjetlosti.
Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravni paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska lampa), set svjetlosnih filtara.
Uvod
Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih talasa koja se javlja kod osvjetljavanja ravnodušno konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti koja se nalazi na ravnoj površini zrcala. Koherentni ometajući valovi javljaju se kada se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu sočiva od interfejsa sočiva-zrak i zrak-stan (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazan je jedan zrak koji pada na ravnu površinu sočiva).
Sočivo se nalazi na konveksnom dijelu na ravnoj ploči. Između sočiva i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom supstancom. U tački O, debljina zračnog raspora u zazoru je znatno manja od talasne dužine svjetlosti, a u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki uvijek se opaža mrak. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija sočiva u zrak dolazi od optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak do stakla (od donjeg ruba zračnog zazora), faza reflektirane zrake mijenja se u π , i to je ekvivalentno promjeni razlike valnog puta za λ / 2, budući da dolazi do refleksije od optički gušćeg medija. Na određenoj udaljenosti od tačke O, svjetlosni snop putuje stazom gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d bit će veća, što je daljnja tačka pada zraka dalje od točke O. Radijus sočiva je mnogo veći od debljine raspora, stoga možemo pretpostaviti da će se reflektirani zraci 1 i 2 poklapati u pravcu. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika u putu ovih zraka bit će jednaka λ / 2, budući da zrak 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze kojom se ovaj zrak reflektuje od optički gušćeg medija, razlika optičke putanje ove dvije zrake bit će λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kada se dodaju ove grede. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 čini prvi svjetlosni prsten koji slijedi središnji tamna mrlja... Nakon jednostavnog matematičkog zaključivanja, uvjet za maksimalnu interferenciju reflektiranih zraka zapisat će se u obliku:
(3.1)
Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je:
(3.2)
gdje je Δ razlika optičke putanje snopova koji ometaju,
d k - debljina zračnog raspora,
λ je talasna dužina svjetlosti koja pada na sočivo,
k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ...
Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između sočiva i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k.
Odnos između debljine zračnog zazora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti sočiva R može se lako dobiti prisjećanjem na dobro poznati teorem iz geometrije (slika 3.2).
(3.3)
Proširivanjem zagrada i uzimajući u obzir da je d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Zamjenjujući u jednadžbu (3.4) vrijednost d k iz jednačine (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi polumjere tamnih prstenova na radijus zakrivljenosti sočiva i valnu duljinu svjetlosti za lagane prstenove Ako se promatranje provodi u propuštenoj svjetlosti, raspored tamnih i svijetlih prstenova bit će u obrnutom redoslijedu, tj. U točki O bit će svijetla mrlja, zatim tamna itd. Jednadžba (3.5) dat će vrijednost polumjera svjetlosnih prstenova i ( 3.6) - tamno. U ovom radu izračunava se jednadžba (3.5) koja se može koristiti ili za određivanje R - radijusa zakrivljenosti sočiva, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne dužine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili da se odredi λ
-
talasne dužine svjetlosti ako se koristi sočivo s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite radijus ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednačinu (3.5), dva puta za prstenove sa serijskim brojevima „m“ i „n“, dobijte jednačinu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednačine, dobivamo Iz jednačine (3.8) može se dobiti jednačina za izračunavanje radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom radu provodi se pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filter, a u drugu cijev umetnut mikrometar okulara. To omogućava promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnom upadanju svjetlosnog vala na sočivo, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje svjetlosnog snopa do i od objekta pod pravim kutom, a cijevi okulara okreću se oko oka posmatrač. Uređaj se postavlja na pozornicu mikroskopa kako bi se dobio uzorak smetnji. Sastoji se od ravne konveksne leće i ravni paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova vrši se pomoću okularnog mikrometra (slika 3.3). Mikrometar okulara sastoji se od kućišta 1 sa stezaljkom 4, koje se stavlja na cijev mikroskopa i učvršćuje vijkom 5 okulara 2 s dioptrijskim mehanizmom. Rotiranjem okulara postavite ga na oštru sliku ukrštenog križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravnini okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pokretni križ 1 i indeks 2 u obliku bištre. Kad se zavrti mikrometarski vijak 3 (slika 3.3), križ 1 i šipka 2 (slika 3.4) pomiču se u vidnom polju okulara 2 u odnosu na fiksnu skalu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se zavrtanj 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3), crtice i poprečna križa u vidnom polju okulara (slika 3.4) pomaknut će se za jedan odjeljak skale za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za očitavanje punih okretaja bubnja vijka. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 odjela fiksne skale. Potpuno očitanje na vagi okularnog mikrometra sastoji se od očitanja na fiksnoj skali i očitanja na cijevi s vijkom. Očitavanje na fiksnoj skali u vidnom polju određuje se položajem bištra. Brojanje bubnja mikrometrijskog vijka vrši se kao i za uobičajeni mikrometar, odnosno određuje se podjela skale, koja je suprotna indeksu otisnutom na nepokretnom cilindru bubnja. Mjerenje promjera prstenova svodi se na određivanje koordinata prstenova na skali mikrometra okulara. Rotirajući bubanj mikrometrijskog vijka, namjestite križ na tamni prsten (prvo na desnu ivicu prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Zatim računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u proizvoljnim jedinicama. Dijeljenjem promjera sa dva dobija se vrijednost radijusa. Množenjem dobivene vrijednosti radijusa prstena s faktorom konverzije navedenim u tablici 3.1, dobiva se prava veličina prstena u milimetrima. 1. Pročitajte opis uređaja i proučite njegov uređaj. 2. Uključite iluminator, stavite kap tekućine koja se ispituje na donju prizmu, spustite gornju prizmu, pročitajte indeks loma medija na skali. 3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge test tečnosti. Ponovite sve radnje. 4. U tablicu unesite sve podatke kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini. 5. Nacrtajte grafikon zavisnosti indeksa loma medija od koncentracije otopljene supstance n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera). Tabela 2.1 Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama test pitanja 1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti. 2. Koje je fizičko značenje indeksa loma supstance? 3. Šta je totalna unutrašnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen? Cilj: proučiti fenomen interferencije i upoznati se s jednim od posebnih slučajeva interferencije Newtonovih prstenova i uz njihovu pomoć odrediti radijus zakrivljenosti sočiva i talasnu dužinu svjetlosti. Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravni paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska lampa), set svjetlosnih filtara. Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih talasa koja se javlja kod osvjetljavanja ravnodušno konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti koja se nalazi na ravnoj površini zrcala. Koherentni ometajući valovi javljaju se kada se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu sočiva od interfejsa sočiva-zrak i zrak-stan (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazan je jedan zrak koji pada na ravnu površinu sočiva). Sočivo se nalazi na konveksnom dijelu na ravnoj ploči. Između sočiva i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom supstancom. U tački O, debljina zračnog raspora u zazoru je znatno manja od talasne dužine svjetlosti, a u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki uvijek se opaža mrak. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija sočiva u zrak dolazi od optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak do stakla (od donjeg ruba zračnog zazora), faza reflektirane zrake mijenja se u π ,
i to je ekvivalentno promjeni razlike valnog puta za λ / 2, budući da dolazi do refleksije od optički gušćeg medija. Na određenoj udaljenosti od tačke O, svjetlosni snop putuje stazom gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d će biti veća, što je daljnja tačka pada zraka dalje od točke O. Radijus sočiva je mnogo veći od debljine raspora, pa možemo pretpostaviti da će se reflektirani zraci 1 i 2 poklapati u pravcu. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika u putu ovih zraka bit će jednaka λ / 2, budući da zrak 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze kojom se ovaj zrak reflektuje od optički gušćeg medija, razlika optičke putanje ove dvije zrake bit će λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kada se dodaju ove grede. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 formira prvi svjetlosni prsten, prateći središnju tamnu mrlju. Nakon jednostavnog matematičkog zaključivanja, uvjet za maksimalnu interferenciju reflektiranih zraka zapisat će se u obliku: Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je: gdje je Δ razlika optičke putanje snopova koji ometaju, d k - debljina zračnog raspora, λ je talasna dužina svjetlosti koja pada na sočivo, k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ... Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između sočiva i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k. Odnos između debljine zračnog zazora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti sočiva R može se lako dobiti prisjećanjem na dobro poznati teorem iz geometrije (slika 3.2). Proširivanjem zagrada i uzimajući u obzir da je d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Zamjenjujući u jednadžbu (3.4) vrijednost d k iz jednačine (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi polumjere tamnih prstenova na radijus zakrivljenosti sočiva i valnu duljinu svjetlosti za lagane prstenove Ako se promatranje provodi u propuštenoj svjetlosti, raspored tamnih i svijetlih prstenova bit će u obrnutom redoslijedu, tj. U točki O bit će svijetla mrlja, zatim tamna itd. Jednadžba (3.5) dat će vrijednost polumjera svjetlosnih prstenova i ( 3.6) - tamno. U ovom radu izračunava se jednadžba (3.5) koja se može koristiti ili za određivanje R - radijusa zakrivljenosti sočiva, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne dužine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili da se odredi λ
-
talasne dužine svjetlosti ako se koristi sočivo s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite radijus ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednačinu (3.5), dva puta za prstenove sa serijskim brojevima „m“ i „n“, dobijte jednačinu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednačine, dobivamo Iz jednačine (3.8) može se dobiti jednačina za izračunavanje radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom radu provodi se pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filter, a u drugu cijev umetnut mikrometar okulara. To omogućava promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnom upadanju svjetlosnog vala na sočivo, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje svjetlosnog snopa do i od objekta pod pravim kutom, a cijevi okulara okreću se oko oka posmatrač. Uređaj se postavlja na pozornicu mikroskopa kako bi se dobio uzorak smetnji. Sastoji se od ravne konveksne leće i ravni paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova vrši se pomoću okularnog mikrometra (slika 3.3). Mikrometar okulara sastoji se od kućišta 1 sa stezaljkom 4, koje se stavlja na cijev mikroskopa i učvršćuje vijkom 5 okulara 2 s dioptrijskim mehanizmom. Rotiranjem okulara postavite ga na oštru sliku ukrštenog križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravnini okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pokretni križ 1 i indeks 2 u obliku bištre. Kad se zavrti mikrometarski vijak 3 (slika 3.3), križ 1 i šipka 2 (slika 3.4) pomiču se u vidnom polju okulara 2 u odnosu na fiksnu skalu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se zavrtanj 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3), crtice i poprečna križa u vidnom polju okulara (slika 3.4) pomaknut će se za jedan odjeljak skale za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za očitavanje punih okretaja bubnja vijka. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 odjela fiksne skale. Potpuno očitanje na vagi okularnog mikrometra sastoji se od očitanja na fiksnoj skali i očitanja na cijevi s vijkom. Očitavanje na fiksnoj skali u vidnom polju određuje se položajem bištra. Brojanje bubnja mikrometrijskog vijka vrši se kao i za uobičajeni mikrometar, odnosno određuje se podjela skale, koja je suprotna indeksu otisnutom na nepokretnom cilindru bubnja. Mjerenje promjera prstenova svodi se na određivanje koordinata prstenova na skali mikrometra okulara. Rotirajući bubanj mikrometrijskog vijka, namjestite križ na tamni prsten (prvo na desnu ivicu prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Zatim računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u proizvoljnim jedinicama. Dijeljenjem promjera sa dva dobija se vrijednost radijusa. Množenjem dobivene vrijednosti radijusa prstena s faktorom konverzije navedenim u tablici 3.1, dobiva se prava veličina prstena u milimetrima. \u003e\u003e Osvjetljenje 1. Odredite osvjetljenje Svjetlosni tok širi se iz bilo kojeg izvora svjetlosti. Što više svjetlosnog fluksa padne na površinu tijela, to se bolje vidi. Osvjetljenje je označeno simbolom E i određuje se formulom: gdje je F svjetlosni tok; S je površina na koju pada svjetlosni tok. U SI se lux (lx) (od latinskog Iux - svjetlost) uzima kao jedinica osvjetljenja. Jedan luks je osvjetljenje takve površine, po kvadratnom metru čega pada svjetlosni tok jednak jednom lumenu: Evo nekoliko vrijednosti površine (blizu tla). Osvjetljenje E: Sunčeve zrake u podne (na srednjim geografskim širinama) - 100.000 luksa; 2. Otkrivanje o čemu ovisi osvjetljenje Vjerovatno ste svi gledali špijunske filmove. Zamislite: neki junak u svjetlu slabe džepne svjetiljke pažljivo skenira dokumente u potrazi za potrebnim "tajnim podacima". Generalno, da biste čitali bez naprezanja očiju, potrebno vam je osvjetljenje od najmanje 30 luksa (slika 3.9), što je puno. I kako naš junak postiže takvo osvjetljenje? Prvo, baterijsku svjetiljku približi dokumentu koji gleda. To znači da osvjetljenje ovisi o udaljenosti od osvijetljenog objekta. Drugo, baterijsku svjetiljku postavlja okomito na površinu dokumenta, što znači da osvjetljenje ovisi o kutu pod kojim svjetlost pogađa površinu. Slika: 3.10. Kako se povećava udaljenost do izvora svjetlosti, osvjetljena površina se povećava I na kraju, za bolje osvjetljenje, on jednostavno može uzeti snažniju svjetiljku, jer je očito da se s povećanjem intenziteta izvora svjetlosti povećava osvjetljenje. Otkrijmo kako se osvjetljenje mijenja kada se povećava udaljenost od točkastog izvora svjetlosti do osvijetljene površine. Na primjer, neka svjetlosni tok iz točkastog izvora padne na zaslon koji se nalazi na određenoj udaljenosti od izvora. Ako razdaljinu povećate za pola, možete vidjeti da će isti svjetlosni tok osvjetljavati 4 puta F veliku površinu. Budući da će se osvjetljenje u ovom slučaju smanjiti za 4 puta. Ako se udaljenost poveća za 3 puta, osvjetljenje će se smanjiti za 9 - 2 puta. Odnosno, osvjetljenje je obrnuto proporcionalno kvadratu razmaka od tačkanog izvora svjetlosti do površine (sl. 3-10). Ako snop svjetlosti upada okomito na površinu, tada se svjetlosni tok raspoređuje na minimalnoj površini. U slučaju povećanja ugla upada svetlosti, površina na koju pada svetlosni tok raste, pa se osvetljenost smanjuje (slika 3.11). Već smo rekli da se u slučaju povećanja intenziteta svjetlosti izvora osvjetljenje povećava. Eksperimentalno je utvrđeno da je osvjetljenje direktno proporcionalno intenzitetu svjetlosti izvora. (Osvjetljenje se smanjuje ako u zraku postoje čestice prašine, magle, dima, jer one odražavaju i rasipaju određeni dio svjetlosne energije.) Ako se površina nalazi okomito na smjer širenja svjetlosti iz točkastog izvora i svjetlost se širi u čistom zraku, tada se osvjetljenje može odrediti formulom: Slika: 3.11 U slučaju povećanja upadnog ugla paralelnih zraka na površini (a 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределяется по все большей площади поверхности Stol je osvijetljen lampom koja se nalazi 1,2 m iznad stola. Odredite osvjetljenje stola direktno ispod svjetiljke ako je ukupni svjetlosni tok svjetiljke 750 lm. Smatrajte lampu kao točkasti izvor svjetlosti. Fizička veličina koja je numerički jednaka svjetlosnom toku F koji pada na jedinicu osvijetljene površine S. naziva se osvjetljenje. U SI se luks (lx) uzima kao jedinica osvjetljenja. Osvjetljenje površine E ovisi: a) o udaljenosti R do osvijetljene površine; b) o kutu pod kojim svjetlost pada na površinu (što je manji upadni ugao, to je veće osvjetljenje); c) od intenziteta izvora svjetlosti I (E - I); d) prozirnost medija u kojem se svjetlost širi, prelazeći od izvora na površinu. 1. Šta se naziva osvetljenje? U kojim jedinicama se mjeri? 3. Kako se može povećati osvetljenost određene površine? 4. Udaljenost od tačkastog izvora svjetlosti do površine je udvostručena. Kako se promijenilo osvjetljenje površine? 5. Da li osvjetljenje površine ovisi o intenzitetu izvora svjetlosti koji osvjetljava površinu? Ako da, kako? 1. Zašto je osvjetljenje vodoravnih površina u podne više nego ujutro i navečer? 2. Poznato je da je osvjetljenje iz više izvora jednako zbroju osvjetljenja iz svakog od tih izvora zasebno. Navedite primjere primjene ovog pravila u praksi. 3. Nakon proučavanja teme "Osvjetljenje", učenici sedmih razreda odlučili su povećati osvjetljenje svog radnog mjesta: Petya je žarulju u svojoj radnoj lampi zamenio sijalicom veće snage; Ko je od učenika postupio ispravno? Obrazložite svoj odgovor. 4. U vedro podne, osvjetljenje Zemljine površine direktnom sunčevom svjetlošću iznosi 100.000 luksa. Odredite upad svjetlosnog toka na površini od 100 cm 2. 5. Odredite osvjetljenje od električne žarulje od 60 W koja se nalazi na udaljenosti od 2 m. Da li je ovo osvjetljenje dovoljno za čitanje knjige? 6. Dvije lampe postavljene jedna uz drugu osvjetljavaju ekran. Udaljenost od žarulja do zaslona je 1 m. Jedna žarulja je bila isključena. Koliko trebate zumirati zaslon kako se njegovo osvjetljenje ne bi promijenilo? Za mjerenje intenziteta svjetlosti koriste se uređaji, koji se nazivaju foto-metri. Napravite najjednostavniji analogni fotometar. Da biste to učinili, uzmite bijelu plahtu (paravan) i na nju stavite masno mjesto (na primjer, uljem). Pričvrstite list okomito i osvijetlite ga s obje strane različitim izvorima svjetlosti (S 1, S 2) (vidi sliku). (Svjetlost iz izvora trebala bi padati okomito na površinu lima.) Polako pomičući jedan od izvora, mjesto čine gotovo nevidljivim. To će se dogoditi kada je osvjetljenje točke s jedne i s druge strane isto. Odnosno, E 1 \u003d E 2. Ukoliko ... Izmjerite udaljenost od prvog izvora do zaslona (R 1) i udaljenost od drugog izvora do zaslona (R 2). Uporedite koliko se puta intenzitet svjetlosti prvog izvora razlikuje od intenziteta drugog izvora :. Naučno-proizvodni kompleks "Photopribor" (Čerkasi) Delo preduzeća je razvoj i proizvodnja precizne mehanike, optoelektronike i optomehanike za različite namene, medicinske i forenzičke opreme, predmeta za domaćinstvo, kancelarijskih satova reprezentativne klase. HBK "Photopribor" razvija i proizvodi periskopske nišane za razne artiljerijske instalacije, žirokompase, žiroskope, optoelektronsku opremu za helikoptere, oklopna vozila, kao i širok spektar optičke opreme i instrumenata za razne namene. Fizika. 7. razred: Udžbenik / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Izdavačka kuća Ranok, 2007. - 192 str: ilustr. Kratke teorijske informacije Grana fizike koja mjeri karakteristike optičkog zračenja naziva se fotometrija. Za primijenjeno osvjetljenje važne su i objektivna energetska karakteristika svjetlosti i mjera efekta svjetlosti na oko posmatrača. Stoga je u fotometriju potrebno uvesti dvostruke jedinice mjerenja: energiju (procijenjenu objektivnim energetskim karakteristikama) i fotometrijsku (procijenjenu utjecajem na oko). Energetske i fotometrijske vrijednosti međusobno su povezane. Glavna fotometrijska veličina je jedinica svjetlosnog intenziteta - kandela. Candela (Kd) je intenzitet svjetlosti emitirane okomito na površinu crnog emitera s površine 1 / 6´10 -5 m 2 pri temperaturi očvršćavanja platine pod pritiskom od 101 325 Pa. Količina (1) naziva se elementarni svjetlosni tok emitiran u prostor ograničen kutom aW
... Jedinica svjetlosnog toka je lumen (1 lm \u003d 1 cd ´ 1 ster.). Ako intenzitet svjetlosti izvora ne ovisi o smjeru posmatranja (takav se izvor naziva izotropnim), tada je ukupni svjetlosni tok koji izvor emitira u svim smjerovima Na putu svjetlosnog toka postavićemo osnovno područje dS
formirajući ugao
sa smjerom širenja svjetlosti. Odnos svetlosnog fluksa prema površini osvetljene površine zvano osvetljenje, koje se meri u luksima (1 Lx \u003d 1 Lm / m 2). Takođe ćemo izgraditi platformu dS 0
okomito na pravac posmatranja i smješteno na istoj udaljenosti r
od izvora svjetlosti kao lokacije dS
... S obzirom na to i koristeći relaciju (1), iz formule (3) dobijamo (5) Dakle, osvjetljenje površine je obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora svjetlosti (obrnuti kvadratni zakon) i izravno je proporcionalno intenzitetu svjetlosti i kosinusu ugla upada svjetlosti na površinu (kosinusni zakon). Ako je izvor svjetlosti određena površina, tada se uvode vrijednosti kao što su osvjetljenost i svjetlina kako bi se to okarakteriziralo. Pustite igralište dS
emituje svetlost. Tada se sjajnost može definirati kao svjetlosni tok emitiran iz jedinice površine: (6) Zauzvrat, svjetlina je intenzitet svjetlosti koja se emitira iz jedinice vidljive površine u određenom smjeru: (7) Iz formule (7) proizlazi da je svjetlina izvora IN
može ovisiti o kutu a. Međutim, postoje izvori svjetlosti kod kojih svjetlina ne ovisi o smjeru promatranja, tj B (a) \u003d const
... Takvi izvori podliježu Lambertovom zakonu: (8) a za njih odnos Ako je površinski sjaj posljedica osvjetljenja vanjskim izvorom, tada je osvjetljenje povezano s osvjetljenjem omjerom: gde r
- koeficijent rasejanja (refleksije) svetlosti. Opis instalacije Fotometrijski uređaj sastoji se od kamere i podijeljenog pravokutnog kućišta. Unutar komore postavljena je selenska fotoćelija, čije se žice izvode na kraj uređaja. Fotoćelija je učvršćena u posebnom okviru koji se može rotirati oko vodoravne osi unutar kuta ¦ \u003d 90 0. Kut rotacije mjeri se kutnom skalom koja se nalazi na prednjoj strani kamere. Fotoćelija selena sastoji se od metalne podloge, na čiju se stranu nanosi sloj selena debljine oko 0,1 mm. Ovaj sloj je odozgo pokriven prozirnom elektrodom. Prema prvom zakonu fotoelektričnog efekta, snaga zasićenja fotostruje proporcionalna je upadnom toku: gde γ
- integralna osjetljivost fotoćelije. Fotoćelija selena ima karakteristiku spektralne osjetljivosti blizu krivulje vidljivosti ljudskog oka. To omogućava fotoćeliji da se koristi za mjerenje dnevne svjetlosti. Osvetljivač sa sijalicom smešten je unutar pravougaonog kućišta, koje se može kretati duž uzdužne osi uređaja. Količina kretanja mjeri se duž ravnala pričvršćenog na prednjoj strani uređaja. Set također uključuje leće u okvirima, matirano staklo, set dijafragmi, probnu žarulju i reostat. Žarulje se napajaju iz ispravljača VS-24. Veličina fotostruje mjeri se pomoću univerzalnog digitalnog uređaja tipa 4323A. Završetak posla 1. Priključite mikroampermetar na stezaljke za fotoćeliju. Postavite granicu mjerenja - 10 μA. 2. Žarulju redno povežite s reostatom i ispravljačem. 3. Postavite fotoćeliju okomito na os instrumenta (dugme - na nultu oznaku ugaone skale). Vježba 1 .
sa udaljenosti do izvora svjetlosti. 1. Postavite iluminator na desetu skalu. 3.
Koristeći reostat, primijenite napon na lampi na kojem će mikroampermetar pokazati maksimalnu vrijednost trenutne jačine ( i \u003d 10 μA).
4. Napravite odbrojavanje i 10
na skali mikroametra. 5. Bez promjene napona, namjestite lampu na 20 i 30 razmjera i izvršite očitanja i 20
i i 30.
6. Koristeći dobivene podatke provjerite valjanost zakona obrnutog kvadrata: Vježba 2.Proučavanje zavisnosti osvetljenosti
Iz ugla upada svjetlosti. 1. Postavite iluminator na deseti odjeljak skale instrumenata. 2. Da biste dobili paralelni snop svjetlosti između izvora i fotoćelije, instalirajte sočivo u okvir. 3. Korištenjem reostata postići maksimalnu vrijednost fotostruje ( i \u003d 10 μA)
i odbrojavanje i 0.
4. Bez promjene napona i udaljenosti žarulje r
, okrenite fotoćeliju za 30 0 i 45 0 i napravite očitanja i 30
i i 45
.
na skali mikroametra. 5. Koristeći dobivene podatke provjeriti valjanost zakona kosinusa: Vježba 3.Proučavanje zavisnosti svetlosnog fluksa
iz područja osvijetljene površine.
1. Uklonite sočivo i okrenite fotoćeliju okomito na upadno svjetlo (dugme do oznake nula kutne skale). 2. Postavite iluminator na deseti odjeljak skale. 3. Korištenjem reostata nanesite napon na lampu na kojoj će mikroampermetar pokazati maksimalnu vrijednost struje ( i \u003d 10 μA
). 4. Stavite matirano staklo u okvir između fotoćelije i izvora svjetlosti (površina otvorene površine fotoćelije je 9 cm 2). Uklonite vrijednost fotostruje i 9
na skali mikroametra. 5. Instalirajte dijafragme ispred fotoćelije površine 6 cm 2 i 3 cm 2 i odmjerite očitanja mikroampermetra i 6
i i 3
.
6. Nacrtajte grafikon funkcije i \u003d f (S)
i osigurati linearnu ovisnost svjetlosnog toka od površine pri stalnom osvjetljenju. test pitanja
1. Koja je razlika između energije i fotometrijskih vrijednosti? 2. Osnovne fotometrijske veličine i njihove jedinice. 3. Zakon obrnutog kvadrata. Zakon kosinusa. 4. Koji se izvori svjetlosti nazivaju Lambertov? Stranica 1 Ovisnost osvjetljenja o nagibu također se može staviti na dno uređaja za slabljenje svjetlosti. Ovisnost osvjetljenja u žarišnoj ravnini uređaja od njegovih parametara u slučaju kontinuiranog spektra bit će složenija od one o kojoj je ranije bilo riječi. Konkretno, za kontinuirani spektar izgleda da osvjetljenje ovisi o širini proreza i disperziji spektrografa. Razmotrimo ovisnost osvjetljenja primarne slike od različitih čimbenika. Razmotrimo sada ovisnost osvjetljenja duž proreza slike o načinu njenog osvjetljenja. Korespondencija između raspodjele osvjetljenja duž proreza i duž visine slike spektralne linije može se iskriviti utjecajem efekta vinjetiranja. Suština ovog efekta je sljedeća. Ako je prorez velike visine, optički sistem instrumenta ne koristi u potpunosti svjetlosne zrake koje izlaze iz necentralnih dijelova proreza i izvora, šireći se unutar spektrografa pod kutom prema optičkoj osi. Kriva koja izražava zavisnost osvjetljenja u pravcu paralelnom sa smjerom ravnih jednakih talasnih aberacija za tačku koja leži na glavnom zraku našeg snopa prikazana je na sl. Ovisnost osvjetljenja kontinuiranog spektra o širini proreza također postaje jasna. Što je prorez širi, to se monokromatske slike preklapaju u svakoj datoj točki spektra. Istodobno, vidimo da povećanje osvjetljenja kontinuiranog spektra s povećanjem širine ulaznog proreza prati smanjenje čistoće spektra - povećanje intervala talasnih dužina 6R u svakoj točki spektra. Na sl. 2 data je zavisnost prirodnog sunčevog osvjetljenja u gradu sa razvijenom industrijom o prašini. Metoda tačke zasniva se na zavisnosti osvjetljenja date tačke od svjetlosnog intenziteta izvora koji je osvjetljavaju u odgovarajućim smjerovima. Pogodan je za bilo koji raspored osvijetljenih površina, kao i za bilo kakav raspored rasvjete, ali pod uslovom da je moguće ograničiti se na približni prikaz osvjetljenja koji stvaraju potoci koji se odbijaju od zidova i stropova prostorije. U uobičajenim oblicima, metoda je dizajnirana za upotrebu sa tačkastim izvorima svjetlosti, a takvi se izvori mogu smatrati najvećom veličinom koja ne prelazi / s - b - 1/4 udaljenosti do osvijetljene tačke. Možemo prikazati zavisnost osvjetljenja koje generira svjetiljka u odnosu na udaljenost do svjetiljke, čak i ako ne znamo vrijednost samog osvjetljenja. Ova metoda izračuna temelji se na zavisnosti osvjetljenja od raspodjele svjetlosti i postavljanju svjetiljki u osvijetljenu sobu. Za luminiscentne svjetiljke raspoređene u liniji sa ili bez praznina, raspored svjetlosti linije karakteriziraju krivulje intenziteta svjetlosti u uzdužnoj i poprečnoj ravni. Vidimo značajnu razliku u zavisnosti osvjetljenja i fluksa od parametara uređaja. Ovisnost o širini spektralnog proreza je takođe različita.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti sočiva i dužine svjetlosnih valova pomoću Newtonovih interferencijskih prstenova
Uvod
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
sunčeve zrake na otvorenom mestu u oblačnom danu - 1000 luksa;
sunčeva svjetlost u svijetloj sobi (blizu prozora) - 100 luksa;
na otvorenom pod veštačkim osvetljenjem - do 4 luksa;
od punog mjeseca - 0,2 luksa;
sa zvjezdanog neba u noći bez mjeseca - 0,0003 luksa.
gdje je I svjetlosni intenzitet izvora, R je udaljenost od izvora svjetlosti do površine.
3. Učenje rješavanja problema
2. Možete li čitati bez naprezanja očiju u svijetloj sobi? na otvorenom pod veštačkim osvetljenjem? na pun mjesec?
- Nataša je stavila drugu stolnu lampu;
- Anton je podigao luster koji je visio iznad njegovog stola, više;
- Jurij je stolnu svjetiljku postavio tako da je svjetlost počela padati gotovo okomito na stol.
Razmotrimo tačkasti izvor čiji je intenzitet svjetlosti Ja
i odaberite puni kut aW
s vrhom na mjestu gdje se nalazi izvor (slika 1).