دائرlopالمعارف بزرگ نفت و گاز
1. توضیحات دستگاه را بخوانید ، دستگاه آن را مطالعه کنید.
2. روشن کننده را روشن کنید ، یک قطره از مایعات تحت بررسی را روی منشور پایین قرار دهید ، منشور فوقانی را پایین بیاورید ، ضریب شکست محیط را در مقیاس بخوانید.
3. منشورها را پاک کنید. یک قطره مایع آزمایش دیگر روی آنها قرار دهید. همه عملیات را تکرار کنید.
4- تمام داده ها را در جدول وارد کنید تا نتایج اندازه گیری ضریب شکست و غلظت قند در محلول ثبت شود.
5- نمودار وابستگی ضریب شکست محیط به غلظت محلول n \u003d f (C) را رسم کنید ، جایی که C غلظت محلول (قند) است.
جدول 2.1
اندازه گیری ضریب شکست و غلظت قند در محلول ها
سوالات آزمون
1. قانون انعکاس و شکست نور را بخوانید.
2. مفهوم فیزیکی ضریب شکست ماده چیست؟
3. انعکاس کلی درونی چیست؟ چه زمانی این پدیده مشاهده می شود؟
کار شماره 3.3 اندازه گیری شعاع انحنای لنز و طول امواج نور با استفاده از حلقه های تداخل نیوتن
هدف، واقعگرایانه: پدیده تداخل را مطالعه کنید و با یکی از موارد خاص تداخل حلقه های نیوتن آشنا شوید و به کمک آنها شعاع انحنای لنز و طول موج نور را تعیین کنید.
دستگاه ها و لوازم جانبی: میکروسکوپ ، میکرومتر چشمی ، لنز یکنواخت محدب شعاع انحنای بزرگ ، صفحه صفحه موازی ، منبع نور (لامپ رشته ای ، لامپ نئون) ، مجموعه ای از فیلترهای نور.
مقدمه
حلقه های نیوتن حالت خاصی از تداخل امواج نوری است که هنگام روشن شدن یک لنز سه بعدی محدب با شعاع انحنای بزرگ ، واقع در یک سطح آینه صاف ، رخ می دهد. موجهای تداخل منسجم زمانی اتفاق می افتد که پرتوهای موازی به طور عمود بر روی سطح لنز مسطح از لنز هوا و رابط مسطح هوا منعکس شوند (به شکل 3.1 مراجعه کنید. برای سادگی ، یک اشعه بر روی سطح لنز مسطح نشان داده شده است).
لنز با یک قسمت محدب روی یک صفحه تخت قرار دارد. بین لنز و صفحه شکاف وجود دارد که با هوا یا مواد دیگر پر شده است. در نقطه O ، ضخامت شکاف هوا در شکاف به طور قابل توجهی کمتر از طول موج نور است و تاریکی همیشه در نور منعکس شده در نقطه مرکزی مشاهده می شود. در اینجا ، اضافه شدن دو موج در فازهای مخالف ، از آنجا رخ می دهد اولین انعکاس لنز به هوا از یک محیط نوری کمتر متراکم اتفاق می افتد و پرتو منعکس شده فاز تغییر نمی کند و در مورد بازتاب هوا به شیشه (از لبه پایین شکاف هوا) ، فاز پرتو منعکس شده به π تغییر می کند , و این برابر است با تغییر در اختلاف مسیر موج توسط λ / 2 ، از آنجا بازتاب از یک محیط نوری متراکم رخ می دهد. در مقداری فاصله از نقطه O ، پرتو نور مسیری را طی می کند که ضخامت شکاف هوا d باشد. مقدار d بیشتر خواهد بود ، هرچه نقطه بروز پرتو از نقطه O بیشتر باشد. شعاع لنز بسیار بیشتر از ضخامت شکاف است ، بنابراین ، می توانیم فرض کنیم که پرتوهای منعکس شده 1 و 2 در جهت همزمان باشند. در جایی که ضخامت شکاف هوا d \u003d λ / 4 باشد ، اختلاف هندسی در مسیر این اشعه ها برابر با λ / 2 خواهد بود ، زیرا اشعه 2 این شکاف را دو بار عبور می دهد. و به دلیل تغییر فاز توسط این پرتو در هنگام انعکاس از یک محیط نوری متراکم ، اختلاف مسیر نوری این دو اشعه λ خواهد بود. برای این نقاط ، وقتی این تیرها اضافه می شوند ، حداکثر تداخل مشاهده خواهد شد. مکانهایی با ضخامت برابر شکاف هوا در اطراف نقطه O در دایره های متحدالمرکز قرار دارند. لایه ای از ضخامت d \u003d λ / 4 اولین حلقه نور را به دنبال مرکز تشکیل می دهد لکه تاریک... پس از استدلال ساده ریاضی ، شرط حداکثر تداخل پرتوهای منعکس شده به صورت زیر نوشته می شود:
(3.1)
شرط حداقل تداخل در این مورد:
(3.2)
که Δ. اختلاف مسیر نوری تیرهای تداخل کننده است ،
d k - ضخامت شکاف هوا ،
λ طول موج نوری است که روی لنز رخ می دهد ،
k - شماره سریال ، k \u003d 0 ، 1 ، 2 ...
از آنجا که اندازه گیری ضخامت شکاف هوا بین لنز و آینه تخت دشوار است ، معمولاً با بیان آن بر حسب شعاع حلقه های تاریک مربوطه - r k.
رابطه ضخامت شکاف هوا d k ، شعاع حلقه تاریک r k و شعاع انحنای عدسی R را می توان با یادآوری قضیه معروف از هندسه به راحتی به دست آورد (شکل 3.2).
(3.3)
پرانتز را گسترش دهید و در نظر بگیرید که d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) با جایگزینی معادله (3.4) مقدار d k از معادله (3.2) ، ما یک معادله مربوط به شعاع حلقه های تاریک به شعاع انحنای لنز و طول موج نور را بدست می آوریم برای حلقه های سبک اگر مشاهده در نور منتقل شده انجام شود ، ترتیب حلقه های تاریک و روشن به ترتیب معکوس خواهد بود ، یعنی در نقطه O یک نقطه نور وجود دارد ، یک نقطه تاریک دنبال می شود ، و غیره. معادله (3.5) مقدار شعاع حلقه های نور را نشان می دهد ، و ( 3.6) - تاریک در این کار ، معادله (3.5) محاسبه می شود. می توان از آن برای تعیین R - شعاع انحنای لنز ، در صورت نصب با نور با طول موج مشخص ، و تعیین تجربی rk و k استفاده کرد. یا برای تعیین λ
-
طول موجهای نور در صورت استفاده از عدسی با شعاع انحنای مشخص ، اندازه گیری rk و k. در عمل ، شعاع نه یک حلقه ، بلکه چندین حلقه را اندازه بگیرید و ، با نوشتن معادله (3.5) ، دو بار برای حلقه های با شماره سریال "m" و "n" ، یک معادله برای محاسبه λ و R بدست آورید. با برداشتن معادله دوم از معادله اول ، به دست می آوریم از معادله (3.8) می توان معادله را بدست آورد برای محاسبه شعاع انحنا توضیحات نصب اندازه گیری شعاع حلقه های نیوتن در این کار با استفاده از میکروسکوپ MBS انجام می شود ، در یکی از لوله های چشمی که یک منبع نور و یک فیلتر نور از آن نصب شده است ، و یک میکرومتر چشمی در لوله دیگر قرار می گیرد. این امکان را ایجاد می کند که حلقه های نیوتن در نور منعکس شده در هنگام بروز عادی موج نوری بر روی لنز مشاهده شود ، زیرا منشورهای خاصی (منشورهای اشمیت) در سر نوری میکروسکوپ نصب شده است ، که باعث می شود پرتو نور به زاویه راست به داخل و از جسم هدایت شود و لوله های چشمی به دور چشم چرخانده شوند. نظاره گر. دستگاهی در مرحله میکروسکوپ قرار می گیرد تا الگوی تداخل بدست آید. این شامل یک لنز محدب تخت و یک صفحه موازی صفحه است که توسط طرف محدب محکم فشار داده می شود. اندازه گیری شعاع حلقه های نیوتن با استفاده از میکرومتر چشمی انجام می شود (شکل 3.3). میکرومتر چشمی از یک محفظه 1 با گیره 4 تشکیل شده است که روی لوله میکروسکوپ قرار می گیرد و با یک پیچ 5 چشمی 2 با مکانیزم دیوپتر ثابت می شود. با چرخاندن چشمی ، آن را بر روی تصویر واضح خط تیره 1 قرار دهید (شکل 3.4). در صفحه کانونی چشمی یک مقیاس ثابت 3 وجود دارد که از 0 تا 8 تقسیم شده است (شکل 3.4) ، یک کراس موی متحرک 1 و یک شاخص 2 به شکل bishtrich. هنگامی که پیچ میکرومتر 3 (شکل 3.3) می چرخد \u200b\u200b، خط ضربدری 1 و میله 2 (شکل 3.4) در میدان دید چشمی 2 نسبت به مقیاس ثابت 3 حرکت می کنند. پیچ پیچ 1 میلی متر است. هنگامی که پیچ 3 به پشت قسمت خمیده طبل تبدیل می شود (شکل 3.3) ، خط تیره ها و خط تیره در میدان دید چشمی (شکل 3.4) یک تقسیم مقیاس را با یک چرخش حرکت می دهد. در نتیجه ، یک مقیاس ثابت در میدان دید برای خواندن دورهای کامل درام پیچ کار می کند. طبل 3 به طور محیطی به 100 قسمت تقسیم می شود. چرخش درام توسط یک تقسیم مربوط به حرکت دادن خط عرضی توسط 0.01 تقسیم مقیاس ثابت است. قرائت کامل در مقیاس میکرومتر چشمی از قرائت در مقیاس ثابت و قرائت روی بشکه پیچ تشکیل شده است. قرائت در مقیاس ثابت در میدان دید با موقعیت بیششتیچ تعیین می شود. شمارش درام پیچ میکرومتر مانند یک میکرومتر معمولی ساخته شده است ، یعنی تقسیم مقیاس تعیین می شود که در مقابل شاخص چاپ شده روی استوانه ثابت درام است. اندازه گیری قطر حلقه ها به تعیین مختصات حلقه ها در مقیاس میکرومتر چشمی کاهش می یابد. با چرخاندن درام پیچ میکرومتری ، خط اتصال را روی حلقه تیره قرار دهید (ابتدا در لبه سمت راست اولین ، سپس دوم ، سوم و غیره ، هر بار که روی مقیاس و طبل حساب کنید ، همانطور که در بالا ذکر شد). سپس مختصات یک ردیف حلقه های پی در پی را در سمت چپ نیز می شماریم. با کم کردن از مختصات بزرگتر ، مختصر کوچکتر را برای همان حلقه ، قطر حلقه مربوطه را در واحدهای دلخواه بدست می آوریم. تقسیم قطر به دو مقدار شعاع را می دهد. با ضرب مقدار بدست آمده از شعاع حلقه در ضریب تبدیل داده شده در جدول 3.1 ، اندازه واقعی حلقه را بر حسب میلی متر بدست می آوریم. 1. توضیحات دستگاه را بخوانید ، دستگاه آن را مطالعه کنید. 2. روشن کننده را روشن کنید ، یک قطره از مایعات تحت بررسی را روی منشور پایین قرار دهید ، منشور فوقانی را پایین بیاورید ، ضریب شکست محیط را در مقیاس بخوانید. 3. منشورها را پاک کنید. یک قطره مایع آزمایش دیگر روی آنها قرار دهید. همه عملیات را تکرار کنید. 4- تمام داده ها را در جدول وارد کنید تا نتایج اندازه گیری ضریب شکست و غلظت قند در محلول ثبت شود. 5- نمودار وابستگی ضریب شکست محیط به غلظت محلول n \u003d f (C) را رسم کنید ، جایی که C غلظت محلول (قند) است. جدول 2.1 اندازه گیری ضریب شکست و غلظت قند در محلول ها سوالات آزمون 1. قانون انعکاس و شکست نور را بخوانید. 2. مفهوم فیزیکی ضریب شکست ماده چیست؟ 3. انعکاس کلی درونی چیست؟ چه زمانی این پدیده مشاهده می شود؟ هدف، واقعگرایانه: پدیده تداخل را مطالعه کنید و با یکی از موارد خاص تداخل حلقه های نیوتن آشنا شوید و به کمک آنها شعاع انحنای لنز و طول موج نور را تعیین کنید. دستگاه ها و لوازم جانبی: میکروسکوپ ، میکرومتر چشمی ، لنز یکنواخت محدب شعاع انحنای بزرگ ، صفحه صفحه موازی ، منبع نور (لامپ رشته ای ، لامپ نئون) ، مجموعه ای از فیلترهای نور. حلقه های نیوتن حالت خاصی از تداخل امواج نوری است که هنگام روشن شدن یک لنز سه بعدی محدب با شعاع انحنای بزرگ ، واقع در یک سطح آینه صاف ، رخ می دهد. موجهای تداخل منسجم زمانی اتفاق می افتد که پرتوهای موازی به طور عمود بر روی سطح لنز مسطح از لنز هوا و رابط مسطح هوا منعکس شوند (به شکل 3.1 مراجعه کنید. برای سادگی ، یک اشعه بر روی سطح لنز مسطح نشان داده شده است). لنز با یک قسمت محدب روی یک صفحه تخت قرار دارد. بین لنز و صفحه شکاف وجود دارد که با هوا یا مواد دیگر پر شده است. در نقطه O ، ضخامت شکاف هوا در شکاف به طور قابل توجهی کمتر از طول موج نور است و تاریکی همیشه در نور منعکس شده در نقطه مرکزی مشاهده می شود. در اینجا ، اضافه شدن دو موج در فازهای مخالف ، از آنجا رخ می دهد اولین انعکاس لنز به هوا از یک محیط نوری کمتر متراکم اتفاق می افتد و پرتو منعکس شده فاز تغییر نمی کند و در مورد بازتاب هوا به شیشه (از لبه پایین شکاف هوا) ، فاز پرتو منعکس شده به π تغییر می کند ,
و این برابر است با تغییر در اختلاف مسیر موج توسط λ / 2 ، از آنجا بازتاب از یک محیط نوری متراکم رخ می دهد. در مقداری فاصله از نقطه O ، پرتو نور مسیری را طی می کند که ضخامت شکاف هوا d باشد. مقدار d بیشتر خواهد بود ، هرچه نقطه بروز پرتو از نقطه O بیشتر باشد. شعاع لنز بسیار بیشتر از ضخامت شکاف است ، بنابراین می توانیم فرض کنیم که پرتوهای منعکس شده 1 و 2 در جهت همزمان می شوند. جایی که ضخامت شکاف هوا d \u003d λ / 4 باشد ، اختلاف هندسی در مسیر این اشعه ها برابر با λ / 2 خواهد بود ، زیرا اشعه 2 این شکاف را دو بار عبور می دهد. و به دلیل تغییر فاز توسط این پرتو در هنگام انعکاس از یک محیط نوری متراکم ، اختلاف مسیر نوری این دو اشعه λ خواهد بود. برای این نقاط ، وقتی این تیرها اضافه می شوند ، حداکثر تداخل مشاهده خواهد شد. مکانهایی با ضخامت برابر شکاف هوا در اطراف نقطه O در دایره های متحدالمرکز قرار دارند. لایه ای از ضخامت d \u003d λ / 4 ، اولین حلقه نور را به دنبال نقطه تاریک مرکزی تشکیل می دهد. پس از استدلال ساده ریاضی ، شرط حداکثر تداخل پرتوهای منعکس شده به صورت زیر نوشته می شود: شرط حداقل تداخل در این مورد: که Δ. اختلاف مسیر نوری تیرهای تداخل کننده است ، d k - ضخامت شکاف هوا ، λ طول موج نوری است که روی لنز رخ می دهد ، k - شماره سریال ، k \u003d 0 ، 1 ، 2 ... از آنجا که اندازه گیری ضخامت شکاف هوا بین لنز و آینه تخت دشوار است ، معمولاً با بیان آن بر حسب شعاع حلقه های تاریک مربوطه - r k. رابطه ضخامت شکاف هوا d k ، شعاع حلقه تاریک r k و شعاع انحنای عدسی R را می توان با یادآوری قضیه معروف از هندسه به راحتی به دست آورد (شکل 3.2). پرانتز را گسترش دهید و در نظر بگیرید که d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) با جایگزینی معادله (3.4) مقدار d k از معادله (3.2) ، ما یک معادله مربوط به شعاع حلقه های تاریک به شعاع انحنای لنز و طول موج نور را بدست می آوریم برای حلقه های سبک اگر مشاهده در نور منتقل شده انجام شود ، ترتیب حلقه های تاریک و روشن به ترتیب معکوس خواهد بود ، یعنی در نقطه O یک نقطه نور وجود دارد ، یک نقطه تاریک دنبال می شود ، و غیره. معادله (3.5) مقدار شعاع حلقه های نور را نشان می دهد ، و ( 3.6) - تاریک در این کار ، معادله (3.5) محاسبه می شود. می توان از آن برای تعیین R - شعاع انحنای لنز ، در صورت نصب با نور با طول موج مشخص ، و تعیین تجربی rk و k استفاده کرد. یا برای تعیین λ
-
طول موجهای نور در صورت استفاده از عدسی با شعاع انحنای مشخص ، اندازه گیری rk و k. در عمل ، شعاع نه یک حلقه ، بلکه چندین حلقه را اندازه بگیرید و ، با نوشتن معادله (3.5) ، دو بار برای حلقه های با شماره سریال "m" و "n" ، یک معادله برای محاسبه λ و R بدست آورید. با برداشتن معادله دوم از معادله اول ، به دست می آوریم از معادله (3.8) می توان معادله را بدست آورد برای محاسبه شعاع انحنا توضیحات نصب اندازه گیری شعاع حلقه های نیوتن در این کار با استفاده از میکروسکوپ MBS انجام می شود ، در یکی از لوله های چشمی که یک منبع نور و یک فیلتر نور از آن نصب شده است ، و یک میکرومتر چشمی در لوله دیگر قرار می گیرد. این امکان را ایجاد می کند که حلقه های نیوتن در نور منعکس شده در هنگام بروز عادی موج نوری بر روی لنز مشاهده شود ، زیرا منشورهای خاصی (منشورهای اشمیت) در سر نوری میکروسکوپ نصب شده است ، که باعث می شود پرتو نور به زاویه راست به داخل و از جسم هدایت شود و لوله های چشمی به دور چشم چرخانده شوند. نظاره گر. دستگاهی در مرحله میکروسکوپ قرار می گیرد تا الگوی تداخل بدست آید. این شامل یک لنز محدب تخت و یک صفحه موازی صفحه است که توسط طرف محدب محکم فشار داده می شود. اندازه گیری شعاع حلقه های نیوتن با استفاده از میکرومتر چشمی انجام می شود (شکل 3.3). میکرومتر چشمی از یک محفظه 1 با گیره 4 تشکیل شده است که روی لوله میکروسکوپ قرار می گیرد و با یک پیچ 5 چشمی 2 با مکانیزم دیوپتر ثابت می شود. با چرخاندن چشمی ، آن را بر روی تصویر واضح خط تیره 1 قرار دهید (شکل 3.4). در صفحه کانونی چشمی یک مقیاس ثابت 3 وجود دارد که از 0 تا 8 تقسیم شده است (شکل 3.4) ، یک کراس موی متحرک 1 و یک شاخص 2 به شکل bishtrich. هنگامی که پیچ میکرومتر 3 (شکل 3.3) می چرخد \u200b\u200b، خط ضربدری 1 و میله 2 (شکل 3.4) در میدان دید چشمی 2 نسبت به مقیاس ثابت 3 حرکت می کنند. پیچ پیچ 1 میلی متر است. هنگامی که پیچ 3 به پشت قسمت خمیده طبل تبدیل می شود (شکل 3.3) ، خط تیره ها و خط تیره در میدان دید چشمی (شکل 3.4) یک تقسیم مقیاس را با یک چرخش حرکت می دهد. در نتیجه ، یک مقیاس ثابت در میدان دید برای خواندن دورهای کامل درام پیچ کار می کند. طبل 3 به طور محیطی به 100 قسمت تقسیم می شود. چرخش درام توسط یک تقسیم مربوط به حرکت دادن خط عرضی توسط 0.01 تقسیم مقیاس ثابت است. قرائت کامل در مقیاس میکرومتر چشمی از قرائت در مقیاس ثابت و قرائت روی بشکه پیچ تشکیل شده است. قرائت در مقیاس ثابت در میدان دید با موقعیت بیششتیچ تعیین می شود. شمارش درام پیچ میکرومتر مانند یک میکرومتر معمولی ساخته شده است ، یعنی تقسیم مقیاس تعیین می شود که در مقابل شاخص چاپ شده روی استوانه ثابت درام است. اندازه گیری قطر حلقه ها به تعیین مختصات حلقه ها در مقیاس میکرومتر چشمی کاهش می یابد. با چرخاندن درام پیچ میکرومتری ، خط اتصال را روی حلقه تیره قرار دهید (ابتدا در لبه سمت راست اولین ، سپس دوم ، سوم و غیره ، هر بار که روی مقیاس و طبل حساب کنید ، همانطور که در بالا ذکر شد). سپس مختصات یک ردیف حلقه های پی در پی را در سمت چپ نیز می شماریم. با کم کردن از مختصات بزرگتر ، مختصر کوچکتر را برای همان حلقه ، قطر حلقه مربوطه را در واحدهای دلخواه بدست می آوریم. تقسیم قطر به دو مقدار شعاع را می دهد. با ضرب مقدار بدست آمده از شعاع حلقه در ضریب تبدیل داده شده در جدول 3.1 ، اندازه واقعی حلقه را بر حسب میلی متر بدست می آوریم. \u003e\u003e روشنایی 1. روشنایی را تعیین کنید شار نوری از هر منبع نوری پخش می شود. هرچه شار نور بیشتری روی سطح بدن بیفتد ، بهتر دیده می شود. نور با نماد E نشان داده می شود و با فرمول تعیین می شود: جایی که F شار درخشان است. S ناحیه ای است که شار نوری روی آن می افتد. در SI ، lux (lx) (از لاتین Iux - نور) به عنوان یک واحد روشنایی در نظر گرفته می شود. یک لوکس روشنایی چنین سطحی است که در هر متر مربع شار نوری برابر با یک لومن سقوط می کند: در اینجا برخی از مقادیر سطح (نزدیک زمین) آورده شده است. روشنایی E: پرتوهای خورشید در ظهر (در عرض های میانی) - 100000 لوکس ؛ 2. پیدا کردن اینکه چراغ به چه چیزی بستگی دارد احتمالاً همه شما فیلم های جاسوسی دیده اید. تصور کنید: برخی از قهرمانان ، زیر نور چراغ قوه جیبی ضعیف ، با دقت به جستجوی "اطلاعات محرمانه" لازم می پردازند. به طور کلی ، برای خواندن بدون خستگی چشم ، به حداقل 30 لوکس روشنایی نیاز دارید (شکل 3.9) ، که بسیار زیاد است. و قهرمان ما چگونه به چنین روشنایی دست می یابد؟ اول ، او چراغ قوه را تا جایی که ممکن است به سندی که مشاهده می کند نزدیک می کند. این بدان معناست که نورپردازی به فاصله از شی object روشن شده بستگی دارد. ثانیا ، چراغ قوه را عمود بر سطح سند قرار می دهد ، به این معنی که نور بستگی به زاویه برخورد نور با سطح دارد. شکل: 3.10 با افزایش فاصله تا منبع نور ، سطح سطح روشن شده افزایش می یابد و در پایان ، برای روشنایی بهتر ، او می تواند یک چراغ قوه قدرتمندتر را مصرف کند ، زیرا بدیهی است که با افزایش شدت منبع نور ، روشنایی افزایش می یابد. بگذارید بفهمیم وقتی فاصله از منبع نور نقطه ای تا سطح روشن شده افزایش می یابد ، چگونه روشنایی تغییر می کند. به عنوان مثال ، بگذارید شار نوری از یک منبع نقطه ای روی صفحه ای واقع شود که در فاصله مشخصی از منبع قرار دارد. اگر فاصله را به نصف افزایش دهید ، می بینید که همان شار نورانی 4 برابر F یک منطقه بزرگ را روشن می کند. از آنجا که روشنایی در این حالت 4 برابر کاهش می یابد. اگر فاصله 3 برابر افزایش یابد ، روشنایی 9 تا 2 برابر کاهش می یابد. یعنی ، نسبت روشنایی با مربع فاصله از منبع نور نقطه تا سطح متناسب است (شکل 3-10). اگر پرتو نور عمود بر سطح قرار داشته باشد ، در این صورت شار نوری در حداقل سطح توزیع می شود. در صورت افزایش زاویه بروز نور ، ناحیه ای که شار نوری روی آن می افتد افزایش می یابد ، بنابراین روشنایی کاهش می یابد (شکل 3.11). قبلاً گفتیم که در صورت افزایش شدت نور منبع ، روشنایی افزایش می یابد. به طور آزمایشی مشخص شد که نور مستقیماً با شدت نور منبع متناسب است. (اگر ذرات گرد و غبار ، مه ، دود در هوا وجود داشته باشد ، چرا که قسمت خاصی از انرژی نور را منعکس و پراکنده می کند ، روشنایی کاهش می یابد). اگر سطح عمود بر جهت انتشار نور از یک منبع نقطه ای واقع شود و نور در هوای تمیز منتشر شود ، می توان روشنایی را با فرمول تعیین کرد: شکل: 3.11 در صورت افزایش در زاویه بروز اشعه های موازی روی سطح (a 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределяется по все большей площади поверхности میز توسط یک لامپ واقع در 1.2 متر بالاتر از میز روشن می شود. روشنایی میز را مستقیماً زیر لامپ تعیین کنید اگر کل شار نور لامپ 750 lm باشد. لامپ را به عنوان یک منبع نور نقطه ای در نظر بگیرید. کمیت فیزیکی که از نظر عددی برابر با شار نوری F باشد که روی واحدی از سطح روشن S می افتد ، روشنایی نامیده می شود. در SI ، لوکس (لوکس) به عنوان یک واحد روشنایی در نظر گرفته می شود. روشنایی سطح E بستگی دارد به: الف) به فاصله R تا سطح روشن ؛ ب) به زاویه ای که نور روی سطح می افتد (هرچه زاویه بروز کوچکتر باشد ، نور بیشتر است) ؛ ج) از شدت نور من منبع (E - I) ؛ د) شفافیت محیطی که نور در آن پخش می شود و از منبع به سطح می رسد. 1. به چه چیزی روشنایی گفته می شود؟ در چه واحدی اندازه گیری می شود؟ 3. چگونه می توان نور یک سطح خاص را افزایش داد؟ 4- فاصله از منبع نور نقطه ای تا سطح دو برابر شد. روشنایی سطح چگونه تغییر کرد؟ 5- آیا روشنایی یک سطح به شدت منبع نوری که سطح را روشن می کند بستگی دارد؟ اگر چنین است، چگونه؟ 1. چرا روشنایی سطوح افقی در ظهر بیش از صبح و عصر است؟ 2. مشخص است که روشنایی از چندین منبع برابر است با مجموع روشنایی از هر یک از این منابع به طور جداگانه. مثالهایی از کاربرد این قانون در عمل ذکر کنید. 3. دانش آموزان کلاس هفتم پس از مطالعه مبحث "روشنایی" تصمیم گرفتند تا میزان روشنایی محل کار خود را افزایش دهند: پتیا لامپ چراغ میز کار خود را با یک لامپ با قدرت بالاتر جایگزین کرد. کدام یک از دانش آموزان کار درستی انجام داده اند؟ پاسخت رو توجیه کن. 4- در یک ظهر روشن ، تابش سطح زمین توسط نور مستقیم خورشید 100000 لوکس است. حادثه شار نورانی را در مساحت 100 سانتی متر مربع تعیین کنید. 5- روشنایی را از یک لامپ برقی 60 وات تعیین کنید که در فاصله 2 متری قرار دارد. آیا این نور برای خواندن کتاب کافی است؟ 6. دو لامپ کنار هم قرار گرفته و صفحه را روشن می کنند. فاصله لامپ ها تا صفحه نمایش من یک متر است. یک لامپ خاموش است. چه مقدار برای بزرگنمایی روی صفحه نیاز دارید تا نور آن تغییر نکند؟ برای اندازه گیری شدت نور ، از دستگاههایی استفاده می شود که به آنها متر عکس می گویند. ساده ترین آنالوگ فتومتر را بسازید. برای انجام این کار ، یک ورق سفید (صفحه) برداشته و یک نقطه چرب روی آن قرار دهید (به عنوان مثال ، با روغن). ورق را به صورت عمودی ببندید و آن را از دو طرف با منابع نوری مختلف روشن کنید (S 1، S 2) (شکل را ببینید). (نور از منابع باید عمود بر سطح ورق بیفتد.) با حرکت آهسته یکی از منابع ، لکه را تقریباً نامرئی می کند. این اتفاق می افتد زمانی که روشنایی نقطه در یک طرف و طرف دیگر یکسان باشد. یعنی E 1 \u003d E 2. تا آنجا که ... فاصله از منبع اول تا صفحه (R 1) و فاصله از منبع دوم تا صفحه (R 2) را اندازه بگیرید. مقایسه کنید که شدت تابش منبع اول چند برابر با شدت منبع دوم متفاوت است:. مجتمع علمی و تولیدی "Photopribor" (Cherkassy) حوزه فعالیت این شرکت توسعه و تولید مکانیک دقیق ، الکترونیکی و اپتومکانیک برای اهداف مختلف ، فناوری پزشکی و پزشکی قانونی ، کالاهای خانگی ، ساعتهای اداری یک کلاس نماینده است. HBK Photopribor مناظر پریسکوپی را برای تاسیسات مختلف توپخانه ای ، ژیروسکوپ ها ، ژیروسکوپ ها ، تجهیزات الکترونیکی الکترونیکی برای هلیکوپترها ، وسایل نقلیه زرهی و همچنین طیف وسیعی از تجهیزات و تجهیزات نوری برای اهداف مختلف تولید و تولید می کند. فیزیک. پایه 7: کتاب درسی / F. Ya. Bozhinova، N. M. Kiryukhin، E. A. Kiryukhina. - X.: انتشارات Ranok ، 2007. - 192 ص: بیمار. اطلاعات نظری مختصر شاخه ای از فیزیک که خصوصیات تابش نوری را اندازه گیری می کند ، فوتومتری نام دارد. برای نورپردازی اعمال شده ، هر دو ویژگی انرژی عینی نور و اندازه گیری تأثیر نور بر چشم ناظر مهم هستند. بنابراین ، در نورسنجی ، معرفی واحدهای اندازه گیری دوگانه ضروری است: انرژی (ارزیابی شده توسط ویژگی های انرژی عینی) و نورسنجی (ارزیابی شده توسط اثر بر روی چشم). مقادیر انرژی و نورسنجی با هم مرتبط هستند. کمیت اصلی فوتومتریک واحد شدت درخشندگی - کندل است. Candela (Kd) شدت نوری است که از سطح 1 / 6´10 -5 متر مربع در دمای انجماد پلاتین تحت فشار 101 325 Pa به صورت عمود بر سطح انتشار می یابد. کمیت (1) شار نوری ابتدایی منتشر شده توسط فضای محدود شده توسط زاویه نامیده می شود aW
... واحد شار نور لومن است (1 lm \u003d 1 cd ´ 1 ster.) اگر شدت درخشش منبع به جهت مشاهده بستگی نداشته باشد (چنین منبعی ایزوتروپیک نامیده می شود) ، کل شار نوری ساطع شده از منبع در تمام جهات در مسیر شار نوری ، یک منطقه ابتدایی را قرار خواهیم داد dS
ایجاد زاویه
با جهت انتشار نور. نسبت شار نورانی به مساحت سطح روشن روشنایی نامیده می شود ، که در لوکس اندازه گیری می شود (1 Lx \u003d 1 Lm / m 2). ما همچنین یک پلت فرم خواهیم ساخت dS 0
عمود بر جهت مشاهده و در همان فاصله واقع شده است r
از یک منبع نور به عنوان سایت dS
... با توجه به آن و با استفاده از رابطه (1) ، از فرمول (3) بدست می آوریم (5) بنابراین ، روشنایی یک سطح با مربع فاصله از منبع نور متناسب عکس است (قانون مربع معکوس) و مستقیماً با شدت نور و کسینوس زاویه برخورد نور روی سطح متناسب است (قانون کسینوس). اگر منبع نور سطح مشخصی باشد ، در این صورت مقادیری مانند درخشندگی و روشنایی برای توصیف آن معرفی می شوند. زمین بازی را بگذارید dS
نور ساطع می کند. سپس درخشندگی را می توان به عنوان شار نوری ساطع شده از یک واحد واحد تعریف کرد: (6) به نوبه خود ، روشنایی شدت نوری است که از یک واحد سطح مرئی در یک جهت مشخص ساطع می شود: (7) از فرمول (7) نتیجه می گیرد که روشنایی منبع که در
ممکن است به زاویه a بستگی داشته باشد. با این حال ، منابع نوری وجود دارد که روشنایی آنها به جهت مشاهده بستگی ندارد ، یعنی B (a) \u003d ساختار
... چنین منابعی تابع قانون لمبرت هستند: (8) و برای آنها رابطه اگر درخشش سطح به دلیل روشنایی آن توسط یک منبع خارجی باشد ، درخشندگی مربوط به روشنایی با نسبت است: جایی که r
- ضریب پراکندگی (بازتاب) نور. توضیحات نصب دستگاه فوتومتریک از یک دوربین و یک مورد مستطیل شکافته تشکیل شده است. یک فوتوسل سلنیوم در داخل محفظه نصب شده است که سیم های آن به انتهای دستگاه خارج می شوند. فتوسل در یک قاب خاص ثابت شده است که می تواند در اطراف محور افقی در زاویه угла \u003d 90 0 بچرخد. زاویه چرخش با مقیاس زاویه ای واقع در قسمت جلوی دوربین اندازه گیری می شود. یک فوتوسل سلنیوم از یک بستر فلزی تشکیل شده است ، که در یک طرف آن یک لایه سلنیوم به ضخامت حدود 0.1 میلی متر اعمال می شود. این لایه از بالا با یک الکترود شفاف پوشانده شده است. مطابق با قانون اول اثر فوتوالکتریک ، قدرت فتوکورت اشباع متناسب با شار حادثه است: جایی که γ
- حساسیت انتگرال فتوسل. فوتوسل سلنیوم دارای یک ویژگی حساسیت طیفی نزدیک به منحنی دید چشم انسان است. این اجازه می دهد تا از فوتوسل برای اندازه گیری نور روز استفاده شود. یک چراغ روشنایی با یک لامپ در داخل محفظه مستطیل شکل قرار داده شده است ، که می تواند در امتداد محور طولی دستگاه حرکت کند. میزان حرکت در امتداد خط کش ثابت شده در قسمت جلوی دستگاه اندازه گیری می شود. این مجموعه همچنین شامل لنزهایی در قاب ، شیشه مات ، مجموعه ای از دیافراگم ها ، یک لامپ آزمایشگاهی و یک رئاستات است. لامپ ها از یکسوساز VS-24 تغذیه می شوند. اندازه فوتوكتور با استفاده از یك دستگاه جهانی دیجیتال از نوع 4323A اندازه گیری می شود. اتمام کار 1. میکرومتر را به گیره های فوتوسل متصل کنید. حد اندازه گیری را تنظیم کنید - 10 μA. 2. لامپ را به صورت سری با رئوستات و یکسوساز وصل کنید. 3. فوتوسل را عمود بر محور ابزار تنظیم کنید (دستگیره - به علامت صفر مقیاس زاویه ای). تمرین 1 .
از فاصله تا منبع نور. 1. چراغ را در قسمت مقیاس دهم قرار دهید. 3.
با استفاده از رئوستات ، یک ولتاژ به لامپ اعمال کنید که در آن میکرومتر حداکثر مقدار قدرت جریان را نشان می دهد ( من \u003d 10 μA).
4. شمارش معکوس را انجام دهید من 10
در مقیاس میکرومتر 5. بدون تغییر ولتاژ ، لامپ را در تقسیم های مقیاس 20 و 30 تنظیم کنید و قرائت کنید من 20
و من 30
6. با استفاده از داده های بدست آمده ، اعتبار قانون مربع معکوس را بررسی کنید: تمرین 2مطالعه وابستگی به روشنایی
از زاویه بروز نور. 1. چراغ را در قسمت دهم مقیاس ابزار قرار دهید. 2. برای بدست آوردن یک پرتوی نور موازی بین منبع و فوتوسل ، یک لنز را در قاب نصب کنید. 3. با استفاده از رئوستات ، حداکثر مقدار جریان برق را بدست آورید ( من \u003d 10 μA)
و شمارش معکوس را انجام دهید من 0.
4- بدون تغییر ولتاژ و فاصله لامپ r
، فتوسل را با 30 و 45 0 بچرخانید و خوانش کنید من 30
و من 45
.
در مقیاس میکرومتر 5- با استفاده از داده های به دست آمده ، اعتبار قانون تجارت را بررسی کنید: تمرین 3.بررسی وابستگی شار درخشان
از ناحیه سطح روشن شده.
1. لنز را برداشته و عمود بر نور نور حادثه (دستگیره به علامت صفر مقیاس زاویه ای) تبدیل کنید. 2. تصویرگر را بر روی بخش دهم مقیاس تنظیم کنید. 3. با استفاده از رئاستات ، یک ولتاژ را بر روی لامپ قرار دهید که در آن میکرومتر حداکثر مقدار جریان را نشان می دهد ( من \u003d 10 μA
). 4- شیشه یخ زده را در یک قاب بین فوتوسل و منبع نور قرار دهید (مساحت سطح باز فتوسل 9 سانتی متر 2 است). مقدار فتوکورنت را خارج کنید من 9
در مقیاس میکرومتر 5- دیافراگم ها را در جلوی فوتوسل با مساحت 6 سانتی متر 2 و 3 سانتی متر 2 نصب کنید و به ترتیب قرائت میکرومتر را بگیرید. من 6
و من 3
.
6. نمودار عملکرد را ترسیم کنید i \u003d f (S)
و از وابستگی خطی شار درخشان به سطح سطح در روشنایی ثابت اطمینان حاصل کنید. سوالات آزمون
1- تفاوت بین انرژی و مقادیر فوتومتری چیست؟ 2. مقادیر اساسی فوتومتر و واحدهای آنها. 3. قانون مربع معکوس. قانون کسینوس. 4- به چه منابع نوري لامبرت گفته مي شود؟ صفحه 1 وابستگی نور به شیب نیز می تواند در پایه وسایل کاهش دهنده نور قرار گیرد. وابستگی نور در صفحه کانونی دستگاه به پارامترهای آن در صورت وجود طیف مداوم پیچیده تر از آنچه در بالا گفته شد خواهد بود. به طور خاص ، برای یک طیف مداوم ، به نظر می رسد روشنایی به عرض شکاف و پراکندگی طیف نگاری بستگی دارد. بگذارید وابستگی روشنایی تصویر اولیه را به عوامل مختلف در نظر بگیریم. بگذارید اکنون وابستگی نورپردازی در امتداد تصویر شکاف را به روش روشنایی آن در نظر بگیریم. مکاتبات بین توزیع روشنایی در امتداد شکاف و در امتداد ارتفاع تصویر خط طیفی می تواند با تأثیر اثر نگاشت تحریف شود. ماهیت این اثر به شرح زیر است. اگر شکاف از نظر ارتفاع زیاد باشد ، پرتوهای نوری که از قسمتهای خارج از مرکز شکاف و منبع خارج می شوند ، در داخل طیف نگار با زاویه ای به محور نوری پخش می شوند ، توسط سیستم نوری ساز کاملاً مورد استفاده قرار نمی گیرند. منحنی که وابستگی نور را به جهتی موازی با جهت انحراف موج مستقیم مساوی برای نقطه ای که روی پرتوی اصلی پرتوی ما قرار دارد بیان می کند ، در شکل نشان داده شده است. وابستگی روشنایی طیف مداوم به عرض شکاف نیز مشخص می شود. شکاف هرچه گسترده تر باشد ، تصاویر تک رنگ تر از شکاف در هر نقطه مشخص از طیف همپوشانی دارند. در همان زمان ، ما می بینیم که افزایش روشنایی طیف مداوم با افزایش عرض شکاف ورودی با کاهش در خلوص طیف - افزایش فاصله موج موج 6R در هر نقطه از طیف همراه است. در شکل 2 ، وابستگی به نور طبیعی خورشیدی در شهری با صنعت توسعه یافته به گرد و غبار داده شده است. روش نقطه بستگی به وابستگی به روشنایی یک نقطه معین به شدت درخشان منابع است که آن را در جهت های مربوطه روشن می کند. برای هر نوع چیدمان سطوح روشن و همچنین برای هرگونه توزیع نور مناسب است ، اما به شرطی که بتوان خود را محدود به یک حساب تقریبی از روشنایی کرد که توسط جریانهای منعکس شده از دیوارها و سقف اتاق ایجاد می شود. در اشکال معمول خود ، این روش برای استفاده با منابع نور نقطه ای طراحی شده است و چنین منابعی را می توان منابعی در نظر گرفت که حداکثر اندازه آنها از / s - b - 1/4 فاصله تا نقطه روشنایی تجاوز نمی کند. ما می توانیم وابستگی روشنایی ایجاد شده توسط لامپ را در مقابل فاصله از لامپ ترسیم کنیم ، حتی اگر خود مقدار نور را نمی دانیم. این روش محاسبه بستگی به وابستگی نور به توزیع نور و قرارگیری لامپ ها در اتاق روشنایی دارد. برای لامپهای کم نور که در یک خط با یا بدون شکاف مرتب شده اند ، توزیع نور خط با منحنی های شدت نور در هواپیماهای طولی و عرضی مشخص می شود. ما تفاوت قابل توجهی در وابستگی نور و شار به پارامترهای دستگاه مشاهده می کنیم. وابستگی به عرض شکاف طیفی نیز متفاوت است.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
کار شماره 3.3 اندازه گیری شعاع انحنای لنز و طول امواج نور با استفاده از حلقه های تداخل نیوتن
مقدمه
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
اشعه خورشید در یک روز ابری در یک مکان باز - 1000 لوکس ؛
نور خورشید در یک اتاق روشن (نزدیک پنجره) - 100 لوکس ؛
در فضای باز تحت نور مصنوعی - تا 4 لوکس ؛
از ماه کامل - 0.2 لوکس ؛
از آسمان پرستاره در یک شب بدون ماه - 0.0003 لوکس.
جایی که من شدت نور منبع است ، R فاصله از منبع نور تا سطح است.
3. یادگیری حل مشکلات
2. آیا می توانید بدون خستگی چشم خود را در یک اتاق روشن بخوانید؟ در فضای باز تحت نور مصنوعی؟ روی ماه کامل؟
- ناتاشا چراغ میز دیگری را قرار داد ؛
- آنتون لوستر را که بالای میز او آویزان بود ، بالاتر برد.
- یوری چراغ میز را به گونه ای قرار داد که نور شروع به افتادن تقریباً عمود بر میز کرد.
یک منبع نقطه ای را در نظر بگیرید که شدت نور آن زیاد است من
، و زاویه جامد را انتخاب کنید aW
با یک راس در نقطه ای که منبع واقع شده است (شکل 1).