Velika enciklopedija nafte i plina
1. Pročitajte opis uređaja, proučite njegov uređaj.
2. Uključite iluminator, stavite kap istraživane tekućine na donju prizmu, spustite gornju prizmu, očitajte indeks loma medija na skali.
3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge ispitne tekućine. Ponovite sve radnje.
4. Unesite sve podatke u tablicu kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini.
5. Nacrtajte grafikon ovisnosti indeksa loma medija o koncentraciji otopljene tvari n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera).
Tablica 2.1
Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama
ispitna pitanja
1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti.
2. Koje je fizičko značenje indeksa loma tvari?
3. Što je totalna unutarnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen?
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti leće i duljine svjetlosnih valova pomoću Newtonovih interferencijskih prstenova
Cilj: proučiti fenomen interferencije i upoznati se s jednim od posebnih slučajeva interferencije s Newtonovim prstenovima i uz njihovu pomoć odrediti radijus zakrivljenosti leće i valnu duljinu svjetlosti.
Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravnina paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska svjetiljka), set filtara.
Uvod
Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih valova koja se javlja kod osvjetljavanja ravninsko-konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti smještene na ravnoj zrcalnoj površini. Koherentni interferencijski valovi javljaju se kad se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu leće od sučelja leća-zrak i zrak-stan (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazana je jedna zraka koja pada na ravnu površinu leće).
Leća je smještena ispupčenim dijelom na ravnoj ploči. Između leće i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom tvari. U točki O, debljina zračnog raspora u rasporu je mnogo manja od valne duljine svjetlosti, a tama se uvijek promatra u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija leća-zrak nastaje iz optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak-staklo (od donjeg ruba zračnog raspora), faza reflektirane zrake mijenja se u π , a to je ekvivalentno promjeni razlike valnog puta za λ / 2, budući da dolazi do refleksije od optički gušćeg medija. Na određenoj udaljenosti od točke O, svjetlosna zraka prelazi put gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d bit će veća, što je daljnja tačka upada zraka dalje od točke O. Polumjer leće mnogo je veći od debljine zazora, stoga se može pretpostaviti da će se reflektirane zrake 1 i 2 podudarati u smjeru. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika u putu ovih zraka bit će jednaka λ / 2, budući da zraka 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze od strane ove zrake kad se reflektira od optički gušćeg medija, razlika optičkog puta između ove dvije zrake bit će λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kad se dodaju te zrake. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 tvori prvi svjetlosni prsten koji slijedi središnji tamna mrlja... Nakon jednostavnog matematičkog zaključivanja, uvjet za maksimalnu interferenciju reflektiranih zraka zapisat će se kao:
(3.1)
Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je:
(3.2)
gdje je Δ. razlika optičkog puta smetnji,
d k - debljina zračnog raspora,
λ je valna duljina svjetlosti koja pada na leću,
k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ...
Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između leće i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k.
Odnos između debljine zračnog raspora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti leće R može se lako dobiti prisjećanjem na 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 jednadžbe (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi radijuse tamnih prstenova na polumjer zakrivljenosti leće 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 leće, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne duljine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili odrediti λ
-
valne duljine svjetlosti ako se koristi leća s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite polumjer ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednadžbu (3.5), dvaput za prstenove sa serijskim brojevima "m" i "n", dobijte jednadžbu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednadžbe, dobivamo Iz jednadžbe (3.8) možemo dobiti jednadžbu za izračun radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom se radu provodi pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filtar, a u drugu cijev umetnut je mikrometar okulara. To omogućava promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnoj pojavi svjetlosnog vala na leći, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje svjetlosne zrake prema objektu i izravno 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 ravnine paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova vrši se pomoću mikrometra okulara (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 križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravnini okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pomični križ 1 i indeks 2 u obliku bištreha. Kad se mikrometrijski vijak 3 (slika 3.3) okrene, križ 1 i šipka 2 (slika 3.4) pomiču se u vidnom polju okulara 2 u odnosu na fiksnu ljestvicu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se vijak 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3.), Crtice i križ u vidnom polju okulara (slika 3.4.) Pomaknut će se za jedan odjeljak ljestvice za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za brojanje punih okretaja bubnja vijka. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 dijeljenja 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 ljestvice, koja je suprotna indeksu otisnutom na nepokretnom cilindru bubnja. Mjerenje promjera prstenova svodi se na određivanje koordinata prstenova na skali mikrometra okulara. Rotirajući bubanj mikrometarskog vijka, namjestite križ na tamni prsten (prvo na desni rub prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Tada računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u konvencionalnim jedinicama. Dijeljenjem promjera s dva dobiva se vrijednost radijusa. Množenjem rezultirajuće vrijednosti radijusa prstena s faktorom pretvorbe iz tablice 3.1, dobivamo pravu veličinu prstena u milimetrima. 1. Pročitajte opis uređaja, proučite njegov uređaj. 2. Uključite iluminator, stavite kap istraživane tekućine na donju prizmu, spustite gornju prizmu, očitajte indeks loma medija na skali. 3. Obrišite prizme. Na njih stavite kap druge ispitne tekućine. Ponovite sve radnje. 4. Unesite sve podatke u tablicu kako biste zabilježili rezultate mjerenja indeksa loma i koncentracije šećera u otopini. 5. Nacrtajte grafikon ovisnosti indeksa loma medija o koncentraciji otopljene tvari n \u003d f (C), gdje je C koncentracija otopine (šećera). Tablica 2.1 Mjerenje indeksa loma i koncentracije šećera u otopinama ispitna pitanja 1. Pročitajte zakon refleksije i loma svjetlosti. 2. Koje je fizičko značenje indeksa loma tvari? 3. Što je totalna unutarnja refleksija? Kada se uočava ovaj fenomen? Cilj: proučiti fenomen interferencije i upoznati se s jednim od posebnih slučajeva interferencije s Newtonovim prstenovima i uz njihovu pomoć odrediti radijus zakrivljenosti leće i valnu duljinu svjetlosti. Uređaji i pribor: mikroskop, mikrometar okulara, plano-konveksna leća velikog radijusa zakrivljenosti, ravnina paralelna ploča, izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti, neonska svjetiljka), set filtara. Newtonovi prstenovi su poseban slučaj interferencije svjetlosnih valova koja se javlja kod osvjetljavanja ravninsko-konveksne leće velikog radijusa zakrivljenosti smještene na ravnoj zrcalnoj površini. Koherentni interferencijski valovi javljaju se kad se paralelne zrake odbijaju okomito na ravnu površinu leće od sučelja leća-zrak i zrak-stan (vidi sliku 3.1. Radi jednostavnosti, prikazana je jedna zraka koja pada na ravnu površinu leće). Leća je smještena ispupčenim dijelom na ravnoj ploči. Između leće i ploče postoji praznina ispunjena zrakom ili drugom tvari. U točki O, debljina zračnog raspora u rasporu je mnogo manja od valne duljine svjetlosti, a tama se uvijek promatra u reflektiranoj svjetlosti u središnjoj točki. Ovdje se događa dodavanje dva vala u suprotnim fazama, budući da prva refleksija leća-zrak nastaje iz optički manje gustog medija i reflektirana zraka ne mijenja fazu, a u slučaju refleksije zrak-staklo (od donjeg ruba zračnog raspora), faza reflektirane zrake mijenja se u π ,
a to je ekvivalentno promjeni razlike valnog puta za λ / 2, budući da dolazi do refleksije od optički gušćeg medija. Na određenoj udaljenosti od točke O, svjetlosna zraka prelazi put gdje je debljina zračnog raspora d. Vrijednost d bit će to veća, što je više upadna točka zraka udaljena od točke O. Polumjer leće mnogo je veći od debljine zazora, pa možemo pretpostaviti da će se reflektirane zrake 1 i 2 poklapati u smjeru. Tamo gdje je debljina zračnog raspora d \u003d λ / 4, geometrijska razlika putanje ovih zraka bit će jednaka λ / 2, budući da zraka 2 dva puta prolazi kroz taj razmak. A zbog promjene faze od ove zrake pri reflektiranju od optički gušćeg medija, razlika optičkog puta ove dvije zrake bit će jednaka λ. Za ove će se točke primijetiti maksimalne smetnje kad se dodaju te zrake. Mjesta jednake debljine zračnog raspora nalaze se oko točke O u koncentričnim krugovima. Sloj debljine d \u003d λ / 4 tvori prvi svjetlosni prsten koji slijedi središnju tamnu mrlju. Nakon jednostavnog matematičkog zaključivanja, uvjet za maksimalnu interferenciju reflektiranih zraka zapisat će se kao: Uvjet za minimalne smetnje u ovom slučaju je: gdje je Δ. razlika optičkog puta smetnji, d k - debljina zračnog raspora, λ je valna duljina svjetlosti koja pada na leću, k - serijski broj, k \u003d 0, 1, 2 ... Budući da je teško izmjeriti debljinu zračnog raspora između leće i ravnog zrcala, obično se isključuje izražavanjem u smislu radijusa odgovarajućih tamnih prstenova - r k. Odnos između debljine zračnog raspora d k, radijusa tamnog prstena r k i radijusa zakrivljenosti leće R može se lako dobiti prisjećanjem na 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 jednadžbe (3.2), dobivamo jednadžbu koja odnosi radijuse tamnih prstenova na polumjer zakrivljenosti leće 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 leće, ako je instalacija osvijetljena svjetlošću poznate valne duljine, te za eksperimentalno određivanje r k i k; ili odrediti λ
-
valne duljine svjetlosti ako se koristi leća s poznatim radijusom zakrivljenosti, također mjereći r k i k. U praksi izmjerite polumjer ne jednog prstena, već nekoliko i, zapisujući jednadžbu (3.5), dvaput za prstenove sa serijskim brojevima "m" i "n", dobijte jednadžbu za izračunavanje λ i R. Oduzimajući drugu od prve jednadžbe, dobivamo Iz jednadžbe (3.8) možemo dobiti jednadžbu za izračun radijusa zakrivljenosti. Opis instalacije Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova u ovom se radu provodi pomoću MBS mikroskopa, u jednu od okularnih cijevi u koje su ugrađeni izvor svjetlosti i svjetlosni filtar, a u drugu cijev umetnut je mikrometar okulara. To omogućava promatranje Newtonovih prstenova u reflektiranoj svjetlosti pri normalnoj pojavi svjetlosnog vala na leći, budući da su u optičku glavu mikroskopa ugrađene posebne prizme (Schmidtove prizme) koje omogućuju usmjeravanje svjetlosne zrake prema objektu i izravno 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 ravnine paralelne ploče, čvrsto pritisnute konveksnom stranom. Mjerenje radijusa Newtonovih prstenova vrši se pomoću mikrometra okulara (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 križa 1 (slika 3.4). U žarišnoj ravnini okulara nalazi se fiksna skala 3 s podjelama od 0 do 8 (slika 3.4), pomični križ 1 i indeks 2 u obliku bištreha. Kad se mikrometrijski vijak 3 (slika 3.3) okrene, križ 1 i šipka 2 (slika 3.4) pomiču se u vidnom polju okulara 2 u odnosu na fiksnu ljestvicu 3. Korak vijka je 1 mm. Kad se vijak 3 okrene iza narezanog dijela bubnja (slika 3.3.), Crtice i križ u vidnom polju okulara (slika 3.4.) Pomaknut će se za jedan odjeljak ljestvice za jedan zavoj. Prema tome, fiksna skala u vidnom polju služi za brojanje punih okretaja bubnja vijka. Bubanj 3 je obodno podijeljen na 100 dijelova. Rotiranje bubnja za jedan odjeljak odgovara pomicanju križa za 0,01 dijeljenja 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 ljestvice, koja je suprotna indeksu otisnutom na nepokretnom cilindru bubnja. Mjerenje promjera prstenova svodi se na određivanje koordinata prstenova na skali mikrometra okulara. Rotirajući bubanj mikrometarskog vijka, namjestite križ na tamni prsten (prvo na desni rub prvog, zatim drugi, treći itd., Svaki put računajući na skali i bubnju, kao što je gore spomenuto). Tada računamo i koordinate niza uzastopnih prstenova s \u200b\u200blijeve strane. Oduzimajući od veće koordinate manju za isti prsten, dobivamo promjer odgovarajućeg prstena u konvencionalnim jedinicama. Dijeljenjem promjera s dva dobiva se vrijednost radijusa. Množenjem rezultirajuće vrijednosti radijusa prstena s faktorom pretvorbe iz tablice 3.1, dobivamo pravu veličinu prstena u milimetrima. \u003e\u003e Osvjetljenje 1. Odredite osvjetljenje Svjetlosni tok širi se iz bilo kojeg izvora svjetlosti. Što više svjetlosnog toka pada na površinu tijela, to se bolje vidi. Osvjetljenje je označeno simbolom E i određeno je formulom: gdje je F svjetlosni tok; S je površina na koju pada svjetlosni tok. U SI se lux (lx) (od lat. Iux - svjetlost) uzima kao jedinica osvjetljenja. Jedan luks je osvjetljenje takve površine, na čiji kvadratni metar pada svjetlosni tok jednak jednom lumenu: Evo nekoliko vrijednosti površine (u blizini tla). Osvjetljenje E: Sunčeve zrake u podne (na srednjim geografskim širinama) - 100 000 luksa; 2. Otkrivanje o čemu ovisi osvjetljenje Vjerojatno ste svi gledali špijunske filmove. Zamislite: neki junak u svjetlu slabe džepne svjetiljke pažljivo skenira dokumente u potrazi za potrebnim "tajnim podacima". Općenito, za čitanje 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. Lik: 3.10. Kako se udaljenost do izvora svjetlosti povećava, osvjetljena površina se povećava I na kraju, za bolje osvjetljenje, on jednostavno može uzeti snažniju svjetiljku, budući da je očito da se s povećanjem intenziteta izvora svjetlosti, osvjetljenje povećava. Otkrijmo kako se osvjetljenje mijenja kada se povećava udaljenost od točkanog 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 udaljenost povećate za polovicu, možete vidjeti da će isti svjetlosni tok osvjetljavati 4 puta F veliko područje. 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 udaljenosti od točkanog izvora svjetlosti do površine (slika 3-10). Ako snop svjetlosti pada okomito na površinu, tada se svjetlosni tok raspoređuje na minimalnoj površini. U slučaju povećanja upadnog kuta svjetlosti, površina na koju pada svjetlosni tok raste, pa se osvjetljenje smanjuje (slika 3.11). Već smo rekli da se u slučaju povećanja svjetlosne jakosti izvora osvjetljenje povećava. Eksperimentalno je utvrđeno da je osvjetljenje izravno 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: Lik: 3.11 U slučaju povećanja upadnog kuta 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 izravno ispod svjetiljke ako je ukupni svjetlosni tok žarulje 750 lm. Smatrajte svjetiljku kao točkasti izvor svjetlosti. Fizička veličina koja je brojčano jednaka svjetlosnom toku F koji pada na jedinicu osvijetljene površine S. naziva se osvjetljenje. U SI se luks (luks) 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 kut, to je veće osvjetljenje); c) od intenziteta izvora svjetlosti I (E - I); d) prozirnost medija u kojem se svjetlost širi, prelazeći od izvora do površine. 1. Što se naziva osvjetljenje? U kojim se jedinicama mjeri? 3. Kako se može povećati osvjetljenje određene površine? 4. Udaljenost od točkastog izvora svjetlosti do površine udvostručena je. Kako se promijenilo osvjetljenje površine? 5. Ovisi li osvjetljenje površine 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 stolnoj svjetiljci zamijenio žaruljom veće snage; Tko je od učenika postupio ispravno? Obrazložite svoj odgovor. 4. U vedro podne, osvjetljenje Zemljine površine izravnom sunčevom svjetlošću iznosi 100 000 luksa. Odredite upad svjetlosnog toka na površini od 100 cm 2. 5. Odredite osvjetljenje od žarulje od 60 W smještene na udaljenosti od 2 m. Je li ovo osvjetljenje dovoljno za čitanje knjige? 6. Dvije svjetiljke smještene jedna uz drugu osvjetljavaju zaslon. Udaljenost od svjetiljki do zaslona je I m. Jedna je svjetiljka bila isključena. Koliko biste trebali zumirati zaslon kako se njegovo osvjetljenje ne bi promijenilo? Za mjerenje intenziteta svjetlosti koriste se uređaji koji se nazivaju foto-metri. Napravite najjednostavniji analog fotometra. Da biste to učinili, uzmite bijelu plahtu (zaslon) i na nju stavite masno mjesto (na primjer, uljem). Učvrstite 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 postanite gotovo nevidljivim. To će se dogoditi kad 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). Usporedite koliko se puta intenzitet svjetlosti prvog izvora razlikuje od intenziteta svjetlosti drugog izvora :. Istraživački i proizvodni kompleks "Photopribor" (Cherkassy) Opseg poduzeća je razvoj i proizvodnja uređaja za preciznu mehaniku, optoelektroniku i optomehaniku za različite svrhe, medicinsku i forenzičku opremu, kućanstvo, uredske satove reprezentativne klase. HBK Fotopribor razvija i proizvodi periskopske nišane za razne topničke instalacije, žirokompase, žiroskope, optoelektronsku opremu za helikoptere, oklopna vozila, kao i široku paletu optičke opreme i uređaja za razne namjene. Fizika. 7. stupanj: Udžbenik / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Izdavačka kuća Ranok, 2007. - 192 str.: Ilustr. Kratki teorijski podaci Grana fizike koja mjeri karakteristike optičkog zračenja naziva se fotometrija. Za primijenjenu rasvjetu važni su objektivna energetska karakteristika svjetlosti i mjera učinka svjetlosti na promatračevo oko. Zbog toga 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. Osnovna fotometrijska veličina je jedinica svjetlosne jakosti - kandela. Candela (Kd) je intenzitet svjetlosti koja se emitira okomito na površinu crnog emitera s površine 1 / 6´10 -5 m 2 pri temperaturi skrućivanja platine pod tlakom 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 promatranja (takav se izvor naziva izotropnim), tada je ukupni svjetlosni tok koji izvor emitira u svim smjerovima Na putu svjetlosnog toka postavit ćemo osnovno područje dS
tvoreći kut
sa smjerom širenja svjetlosti. Odnos svjetlosnog toka prema površini osvijetljene površine nazvano osvjetljenje, koje se mjeri u luksima (1 Lx \u003d 1 Lm / m 2). Izgradit ćemo i platformu dS 0
okomita na smjer promatranja i smještena na istoj udaljenosti r
od izvora svjetlosti kao mjesta dS
... S obzirom na to i koristeći relaciju (1), iz formule (3) dobivamo (5) Dakle, osvjetljenje površine obrnuto je proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora svjetlosti (obrnuti kvadratni zakon) i izravno je proporcionalno intenzitetu svjetlosti i kosinusu upadnog kuta 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 karakteriziralo. Neka igralište dS
emitira svjetlost. Tada se sjajnost može definirati kao svjetlosni tok emitiran iz jedinice površine: (6) S druge strane, svjetlina se naziva intenzitetom svjetlosti koja se emitira iz jedinice vidljive površine u danom smjeru: (7) Iz formule (7) proizlazi da je svjetlina izvora U
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: gdje r
- koeficijent raspršenja (odbijanja) svjetlosti. Opis instalacije Fotometrijski uređaj sastoji se od kamere i podijeljenog pravokutnog kućišta. Unutar komore ugrađena je selenska fotoćelija, čije se žice izvode na kraj uređaja. Fotoćelija je učvršćena u posebnom okviru koji se može okretati oko vodoravne osi unutar kuta ¦ \u003d 90 0. Kut rotacije mjeri se kutnom skalom koja se nalazi na prednjoj strani fotoaparata. Fotoćelija selena sastoji se od metalne podloge na čiju se stranu nanosi sloj selena debljine oko 0,1 mm. Ovaj je sloj odozgo pokriven prozirnom elektrodom. Prema prvom zakonu fotoelektričnog efekta, snaga zasićenja fotostruje proporcionalna je upadnom toku: gdje γ
- integralna osjetljivost fotoćelije. Fotoćelija selena ima karakteristiku spektralne osjetljivosti blizu krivulje vidljivosti ljudskog oka. To omogućuje da se fotoćelija koristi za mjerenje dnevne svjetlosti. Osvjetljivač sa žaruljom smješten je unutar pravokutnog kućišta, koje se može kretati duž uzdužne osi uređaja. Količina kretanja mjeri se ravnalom učvršćenim na prednjoj strani uređaja. Set također uključuje leće u okvirima, matirano staklo, set dijafragmi, ispitnu žarulju i reostat. Žarulje se napajaju iz ispravljača VS-24. Veličina fototoka mjeri se pomoću univerzalnog digitalnog uređaja tipa 4323A. Završetak posla 1. Spojite mikroampermetar na stezaljke za fotoćeliju. Postavite granicu mjerenja - 10 μA. 2. Žarulju redno povežite s reostatom i ispravljačem. 3. Instalirajte fotoćeliju okomito na os instrumenta (gumb - na nultu oznaku kutne skale). Vježba 1 .
iz daljine do izvora svjetlosti. 1. Postavite iluminator na deseti odjeljak ljestvice. 3.
Pomoću reostata primijenite na žarulju napon na kojem će mikroampermetar pokazati maksimalnu vrijednost trenutne jakosti ( i \u003d 10 μA).
4. Napravite odbrojavanje i 10
na skali mikroampermetra. 5. Bez promjene napona, namjestite žarulju na razmjere 20 i 30 i izvršite očitanja i 20
i i 30.
6. Koristeći dobivene podatke provjerite valjanost zakona obrnutog kvadrata: Vježba 2.Proučavanje ovisnosti osvjetljenja
Iz kuta upada svjetlosti. 1. Postavite iluminator na deseti odjeljak skale instrumenata. 2. Da biste dobili paralelni snop svjetlosti između izvora i fotoćelije, instalirajte leću u okvir. 3. Korištenjem reostata postići maksimalnu vrijednost fotostruje ( i \u003d 10 μA)
i uzmi 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 mikroampermetra. 5. Koristeći dobivene podatke provjerite valjanost zakona kosinusa: Vježba 3.Proučavanje ovisnosti svjetlosnog toka
iz područja osvijetljene površine.
1. Uklonite leću i okrenite fotoćeliju okomito na upadno svjetlo (gumb na nultu oznaku kutne skale). 2. Postavite iluminator na deseti odjeljak ljestvice. 3. Koristeći reostat, na svjetiljku nanesite napon na kojem 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 iznosi 9 cm 2). Uklonite vrijednost fotostruje i 9
na skali mikroampermetra. 5. Instalirajte dijafragme ispred fotoćelije površine 6 cm 2 i 3 cm 2 i odmjerite očitanja mikroampermetra i 6
i i 3
.
6. Nacrtajte funkciju i \u003d f (S)
i osigurati linearnu ovisnost svjetlosnog toka o površini pri stalnom osvjetljenju. ispitna 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 Lambertovima? Stranica 1 Ovisnost osvjetljenja o nagibu također se može staviti na podnožje uređaja za prigušivanje svjetlosti. Ovisnost osvjetljenja u žarišnoj ravnini uređaja o njegovim parametrima u slučaju kontinuiranog spektra bit će složenija od one koja je gore razmatrana. Konkretno, za kontinuirani spektar izgleda da osvjetljenje ovisi o širini proreza i disperziji spektrografa. Razmotrimo ovisnost primarne osvjetljenosti slike o raznim čimbenicima. Razmotrimo sada ovisnost osvjetljenja duž slike proreza o načinu osvjetljenja. Podudarnost između raspodjele osvjetljenja duž proreza i duž visine slike spektralne crte može se iskriviti učinkom vinjetirajućeg učinka. Bit ovog učinka je sljedeća. Ako je prorez velike visine, svjetlosne zrake koje izlaze iz presječnih dijelova proreza i izvora, šireći se unutar spektrografa pod kutom prema optičkoj osi, optički sustav instrumenta ne koriste u potpunosti. Krivulja koja izražava ovisnost osvjetljenja u smjeru paralelnom sa smjerom ravnih jednakih valnih aberacija za točku koja leži na glavnoj zraci naše zrake prikazana je na sl. Ovisnost osvjetljenja kontinuiranog spektra o širini proreza također postaje jasna. Što je prorez širi, više se monokromatskih slika proreza preklapa u svakoj datoj točki spektra. Istodobno, vidimo da povećanje osvjetljenja kontinuiranog spektra s povećanjem širine ulaznog proreza prati smanjenje čistoće spektra - povećanje intervala valnih duljina 6R u svakoj točki spektra. Na sl. 2, data je ovisnost prirodnog sunčevog osvjetljenja u gradu s razvijenom industrijom o prašini. Točkovna metoda temelji se na ovisnosti osvjetljenja određene točke o intenzitetu svjetlosti izvora koji je osvjetljavaju u odgovarajućim smjerovima. Prikladan je za bilo koji raspored osvijetljenih površina, kao i za bilo koju raspodjelu osvjetljenja, ali pod uvjetom 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 namijenjena uporabi s točkasti izvorima svjetlosti, a takvi se izvori mogu smatrati izvorima čija najveća veličina ne prelazi / s - b - 1/4 udaljenosti do osvijetljene točke. Možemo nacrtati ovisnost osvjetljenja koje generira svjetiljka o udaljenosti od svjetiljke, čak i ako ne znamo vrijednost samog osvjetljenja. Ova metoda izračuna temelji se na ovisnosti osvjetljenja o raspodjeli svjetlosti i postavljanju svjetiljki u osvijetljenu sobu. Za luminiscentne svjetiljke raspoređene u liniji sa ili bez praznina, raspodjela svjetlosti linije karakteriziraju krivulje intenziteta svjetlosti u uzdužnoj i poprečnoj ravnini. Vidimo značajnu razliku u ovisnosti osvjetljenja i fluksa o parametrima uređaja. Ovisnost o širini spektralnog proreza također je različita.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
Rad br. 3.3 mjerenje radijusa zakrivljenosti leće i duljine svjetlosnih valova pomoću Newtonovih interferencijskih prstenova
Uvod
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
sunčeva svjetlost na otvorenom mjestu u oblačnom danu - 1000 luksa;
sunčeva svjetlost u svijetloj sobi (blizu prozora) - 100 luksa;
na otvorenom pod umjetnom rasvjetom - do 4 luksa;
od punog mjeseca - 0,2 luksa;
sa zvjezdanog neba u noći bez mjeseca - 0,0003 luksa.
gdje je I intenzitet svjetlosti 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 umjetnom rasvjetom? na pun mjesec?
- Natasha je stavila drugu stolnu svjetiljku;
- Anton je luster, koji je visio iznad njegova stola, podigao više;
- Jurij je stolnu svjetiljku postavio tako da je svjetlost počela padati gotovo okomito na stol.
Razmotrimo točkasti izvor čiji je svjetlosni intenzitet Ja
i odaberite puni kut aW
s vrhom na mjestu izvora (slika 1).