Veľká encyklopédia ropy a plynu
1. Prečítajte si popis zariadenia, preštudujte si jeho zariadenie.
2. Zapnite iluminátor, položte kvapku vyšetrovanej kvapaliny na dolný hranol, znížte horný hranol, na stupnici odčítajte index lomu média.
3. Hranoly utrite. Vložte na ne kvapku ďalšej testovacej kvapaliny. Opakujte všetky operácie.
4. Zadajte všetky údaje do tabuľky, aby ste zaznamenali výsledky merania indexu lomu a koncentrácie cukru v roztoku.
5. Zostrojte graf závislosti indexu lomu média od koncentrácie rozpustenej látky n \u003d f (C), kde C je koncentrácia roztoku (cukru).
Tabuľka 2.1
Meranie indexu lomu a koncentrácie cukru v roztokoch
Kontrolné otázky
1. Prečítajte si zákon odrazu a lomu svetla.
2. Aký je fyzikálny význam indexu lomu látky?
3. Čo je to úplná vnútorná reflexia? Kedy sa tento jav pozoruje?
Práca č. 3.3, ktorá merala polomer zakrivenia šošovky a dĺžku svetelných vĺn pomocou Newtonových interferenčných krúžkov
Cieľ: študujte jav interferencie a zoznámte sa s jedným zo zvláštnych prípadov interferencie s Newtonovými prstencami a s ich pomocou určte polomer zakrivenia šošovky a vlnovú dĺžku svetla.
Prístroje a príslušenstvo: mikroskop, mikrometer okuláru, plano-konvexná šošovka s veľkým polomerom zakrivenia, rovinná-rovnobežná platňa, zdroj svetla (žiarovka, neónová lampa), sada svetelných filtrov.
Úvod
Newtonove prstene sú špeciálnym prípadom interferencie svetelných vĺn, ku ktorej dochádza pri osvetlení plano-konvexnej šošovky s veľkým polomerom zakrivenia, ktorá sa nachádza na plochej zrkadlovej ploche. Koherentné rušivé vlny sa vyskytujú, keď sa rovnobežné lúče odrážajú kolmo na plochý povrch šošovky od rozhrania šošovka - vzduch - vzduch - ploché (pozri obr. 3.1. Pre jednoduchosť je jeden lúč zobrazený na plochom povrchu šošovky).
Objektív je umiestnený s vypuklou časťou na plochej doske. Medzi šošovkou a doštičkou je medzera vyplnená vzduchom alebo inou látkou. V bode O je hrúbka vzduchovej medzery v medzere oveľa menšia ako vlnová dĺžka svetla a v odrazenom svetle v stredovom bode sa vždy pozoruje tma. Tu dochádza k sčítaniu dvoch vĺn v opačných fázach, pretože prvý odraz šošovka-vzduch nastáva z opticky menej hustého média a odrazený lúč nemení fázu a v prípade odrazu vzduch-sklo (od spodného okraja vzduchovej medzery) sa fáza odrazeného lúča mení na π , a to sa rovná zmene rozdielu vlnovej dráhy o λ / 2, pretože nastáva odraz od opticky hustejšieho média. V určitej vzdialenosti od bodu O prechádza svetelný lúč cestou, kde je hrúbka vzduchovej medzery d. Hodnota d bude tým väčšia, čím ďalej bude bod dopadu lúča od bodu O. Polomer šošovky je oveľa väčší ako hrúbka medzery, preto môžeme predpokladať, že odrazené lúče 1 a 2 sa budú zhodovať v smere. Ak je hrúbka vzduchovej medzery d \u003d λ / 4, bude sa geometrický rozdiel v dráhe týchto lúčov rovnať λ / 2, pretože lúč 2 túto medzeru prekonáva dvakrát. A kvôli fázovej zmene tohto lúča, keď sa odráža od opticky hustejšieho média, bude rozdiel optickej dráhy týchto dvoch lúčov λ. Pri pridaní týchto lúčov bude pre tieto body pozorované maximálne rušenie. Miesta rovnakej hrúbky vzduchovej medzery sú umiestnené okolo bodu O v sústredných kruhoch. Vrstva hrúbky d \u003d λ / 4 tvorí prvý svetelný krúžok, ktorý nasleduje za stredom tmavá škvrna... Po jednoduchom matematickom zdôvodnení sa podmienka maximálnej interferencie odrazených lúčov zapíše ako:
(3.1)
Podmienkou minimálneho rušenia je v tomto prípade:
(3.2)
kde Δ. je rozdiel optickej dráhy interferujúcich lúčov,
d k - hrúbka vzduchovej medzery,
λ je vlnová dĺžka svetla dopadajúceho na šošovku,
k - sériové číslo, k \u003d 0, 1, 2 ...
Pretože je ťažké zmerať hrúbku vzduchovej medzery medzi šošovkou a plochým zrkadlom, je obvykle vylúčená vyjadrením v zmysle polomeru zodpovedajúcich tmavých prstencov - r k.
Vzťah medzi hrúbkou vzduchovej medzery d k, polomerom tmavého prstenca r k a polomerom zakrivenia šošovky R možno ľahko získať pripomenutím dobre známej vety z geometrie (obr. 3.2).
(3.3)
Rozširovanie zátvoriek a zohľadnenie toho, že d k< r k 2 \u003d 2 Rd k (3,4) Dosadením hodnoty d k do rovnice (3.4) z rovnice (3.2) získame rovnicu vzťahujúcu sa k polomerom tmavých prstencov k polomeru zakrivenia šošovky a vlnovej dĺžke svetla. pre svetelné krúžky Ak sa pozorovanie vykonáva v prechádzajúcom svetle, usporiadanie tmavých a svetlých prstencov bude v opačnom poradí, to znamená, že v bode O bude svetlá škvrna, za ktorou bude nasledovať tmavá atď. Rovnica (3.5) poskytne hodnotu polomerov svetelných prstencov a ( 3.6) - tmavá. V tejto práci je vypočítaná rovnica (3.5), pomocou ktorej je možné určiť R - polomer zakrivenia šošovky, ak je inštalácia osvetlená svetlom známej vlnovej dĺžky, a experimentálne určiť r k a k; alebo na určenie λ
-
vlnové dĺžky svetla, ak sa použije šošovka so známym polomerom zakrivenia, merajúca tiež r k a k. V praxi zmerajte polomer nie jedného krúžku, ale niekoľkých, a po zapísaní rovnice (3.5), dvakrát pre krúžky so sériovými číslami „m“ a „n“, získajte rovnicu pre výpočet λ a R. Odčítaním druhého od prvej rovnice získame Z rovnice (3.8) možno získať rovnicu na výpočet polomeru zakrivenia. Popis inštalácie Meranie polomerov Newtonových prstencov sa v tejto práci vykonáva pomocou mikroskopu MBS, v jednej z okulárových trubíc, v ktorých je nainštalovaný svetelný zdroj a svetelný filter, a do druhej trubice je vložený mikrometer okulára. To umožňuje pozorovať Newtonove prstence v odrazenom svetle pri normálnom dopade svetelnej vlny na šošovku, pretože v optickej hlave mikroskopu sú nainštalované špeciálne hranoly (Schmidtove hranoly), ktoré umožňujú smerovanie svetelného lúča do a z objektu v pravom uhle a okulárové trubice sa môžu otáčať okolo oka pozorovateľ. Na stolík mikroskopu sa umiestni zariadenie na získanie interferenčného obrazca. Skladá sa z plochej konvexnej šošovky a rovinnej rovnobežnej platne, tesne stlačenej konvexnou stranou. Meranie polomerov Newtonových krúžkov sa vykonáva pomocou mikrometra okuláru (obr. 3.3). Mikrometer okulára sa skladá z tela 1 so svorkou 4, ktorá sa nasadí na tubu mikroskopu a zafixuje sa skrutkou 5 okuláru 2 pomocou dioptrického mechanizmu. Otočením okulára ho nastavte na ostrý obraz zameriavacieho kríža 1 (obr. 3.4). V ohniskovej rovine okuláru je pevná stupnica 3 s dielikmi od 0 do 8 (obr. 3.4), pohyblivý nitkový kríž 1 a index 2 vo forme bishtricha. Pri otáčaní mikrometrickej skrutky 3 (obr. 3.3) sa nitkový kríž 1 a tyč 2 (obr. 3.4) pohybujú v zornom poli okuláru 2 vzhľadom na pevnú stupnicu 3. Rozstup skrutiek je 1 mm. Keď sa skrutka 3 otočí za vrúbkovanú časť bubna (obr. 3.3), pomlčky a nitkový kríž v zornom poli okuláru (obr. 3.4) sa posunú o jednu mierku o jednu otáčku. Následkom toho pevná stupnica v zornom poli slúži na odčítanie plných otáčok závitovkového bubna. Buben 3 je po obvode rozdelený na 100 častí. Otáčanie bubna o jednu časť zodpovedá posunu nitkového kríža o 0,01 dielu pevnej stupnice. Úplné odčítanie na váhach mikrometra okuláru sa skladá z odčítania na pevnej stupnici a odčítania na valci so skrutkou. Čítanie v pevnej mierke v zornom poli je určené polohou Bishtricha. Počítanie bubna mikrometrickej závitovky sa robí ako pre bežný mikrometer, to znamená, že sa stanoví dielik stupnice, ktorý je oproti indexu vytlačenému na stacionárnom valci bubna. Meranie priemeru krúžkov sa redukuje na určenie súradníc krúžkov na stupnici mikrometra okulára. Otáčaním valca mikrometrickej skrutky nastavte nitkový kríž na tmavom krúžku (najskôr na pravý okraj prvého, potom druhého, tretieho atď., Zakaždým počítajte na váhe a bubne, ako je uvedené vyššie). Potom tiež spočítame súradnice radu po sebe nasledujúcich krúžkov vľavo. Odpočítaním od väčšej súradnice menšej pre ten istý krúžok získame priemer zodpovedajúceho krúžku v bežných jednotkách. Vydelením priemeru dvoma získate hodnotu polomeru. Vynásobením výslednej hodnoty pre polomer prstenca prevodným faktorom uvedeným v tabuľke 3.1 získame skutočnú veľkosť prstenca v milimetroch. 1. Prečítajte si popis zariadenia, preštudujte si jeho zariadenie. 2. Zapnite iluminátor, položte kvapku vyšetrovanej kvapaliny na dolný hranol, znížte horný hranol, na stupnici odčítajte index lomu média. 3. Hranoly utrite. Vložte na ne kvapku ďalšej testovacej kvapaliny. Opakujte všetky operácie. 4. Zadajte všetky údaje do tabuľky, aby ste zaznamenali výsledky merania indexu lomu a koncentrácie cukru v roztoku. 5. Zostrojte graf závislosti indexu lomu média od koncentrácie rozpustenej látky n \u003d f (C), kde C je koncentrácia roztoku (cukru). Tabuľka 2.1 Meranie indexu lomu a koncentrácie cukru v roztokoch Kontrolné otázky 1. Prečítajte si zákon odrazu a lomu svetla. 2. Aký je fyzikálny význam indexu lomu látky? 3. Čo je to úplná vnútorná reflexia? Kedy sa tento jav pozoruje? Cieľ: študujte jav interferencie a zoznámte sa s jedným zo zvláštnych prípadov interferencie s Newtonovými prstencami a s ich pomocou určte polomer zakrivenia šošovky a vlnovú dĺžku svetla. Prístroje a príslušenstvo: mikroskop, mikrometer okuláru, plano-konvexná šošovka s veľkým polomerom zakrivenia, rovinná-rovnobežná platňa, zdroj svetla (žiarovka, neónová lampa), sada svetelných filtrov. Newtonove prstene sú špeciálnym prípadom interferencie svetelných vĺn, ku ktorej dochádza pri osvetlení plano-konvexnej šošovky s veľkým polomerom zakrivenia, ktorá sa nachádza na plochej zrkadlovej ploche. Koherentné rušivé vlny sa vyskytujú, keď sa rovnobežné lúče odrážajú kolmo na plochý povrch šošovky od rozhrania šošovka - vzduch - vzduch - ploché (pozri obr. 3.1. Pre jednoduchosť je jeden lúč zobrazený na plochom povrchu šošovky). Objektív je umiestnený s vypuklou časťou na plochej doske. Medzi šošovkou a doštičkou je medzera vyplnená vzduchom alebo inou látkou. V bode O je hrúbka vzduchovej medzery v medzere oveľa menšia ako vlnová dĺžka svetla a v odrazenom svetle v stredovom bode sa vždy pozoruje tma. Tu dochádza k sčítaniu dvoch vĺn v opačných fázach, pretože prvý odraz šošovka-vzduch nastáva z opticky menej hustého média a odrazený lúč nemení fázu a v prípade odrazu vzduch-sklo (od spodného okraja vzduchovej medzery) sa fáza odrazeného lúča mení na π ,
a to sa rovná zmene rozdielu vlnovej dráhy o λ / 2, pretože nastáva odraz od opticky hustejšieho média. V určitej vzdialenosti od bodu O prechádza svetelný lúč cestou, kde je hrúbka vzduchovej medzery d. Hodnota d bude tým väčšia, čím ďalej bude bod dopadu lúča od bodu O. Polomer šošovky je oveľa väčší ako hrúbka medzery, preto sa dá predpokladať, že odrazené lúče 1 a 2 sa budú zhodovať v smere. Ak je hrúbka vzduchovej medzery d \u003d λ / 4, bude sa geometrický rozdiel v dráhe týchto lúčov rovnať λ / 2, pretože lúč 2 túto medzeru prekonáva dvakrát. A vzhľadom na fázovú zmenu tohto lúča, keď sa odráža od opticky hustejšieho média, bude rozdiel optickej dráhy týchto dvoch lúčov λ. Pri pridaní týchto lúčov bude pre tieto body pozorované maximálne rušenie. Miesta rovnakej hrúbky vzduchovej medzery sú umiestnené okolo bodu O v sústredných kruhoch. Vrstva hrúbky d \u003d λ / 4 tvorí prvý svetlý kruh, ktorý sleduje strednú tmavú škvrnu. Po jednoduchom matematickom zdôvodnení bude podmienka maximálnej interferencie odrazených lúčov napísaná v tvare: Podmienkou minimálneho rušenia je v tomto prípade: kde Δ. je rozdiel optickej dráhy interferujúcich lúčov, d k - hrúbka vzduchovej medzery, λ je vlnová dĺžka svetla dopadajúceho na šošovku, k - sériové číslo, k \u003d 0, 1, 2 ... Pretože je ťažké zmerať hrúbku vzduchovej medzery medzi šošovkou a plochým zrkadlom, je obvykle vylúčená vyjadrením v zmysle polomeru zodpovedajúcich tmavých prstencov - r k. Vzťah medzi hrúbkou vzduchovej medzery d k, polomerom tmavého prstenca r k a polomerom zakrivenia šošovky R možno ľahko získať pripomenutím dobre známej vety z geometrie (obr. 3.2). Rozširovanie zátvoriek a zohľadnenie toho, že d k< r k 2 \u003d 2 Rd k (3,4) Dosadením hodnoty d k do rovnice (3.4) z rovnice (3.2) získame rovnicu vzťahujúcu sa k polomerom tmavých prstencov k polomeru zakrivenia šošovky a vlnovej dĺžke svetla. pre svetelné krúžky Ak sa pozorovanie vykonáva v prechádzajúcom svetle, usporiadanie tmavých a svetlých prstencov bude v opačnom poradí, to znamená, že v bode O bude svetlá škvrna, za ktorou bude nasledovať tmavá atď. Rovnica (3.5) poskytne hodnotu polomerov svetelných prstencov a ( 3.6) - tmavá. V tejto práci je vypočítaná rovnica (3.5), pomocou ktorej je možné určiť R - polomer zakrivenia šošovky, ak je inštalácia osvetlená svetlom známej vlnovej dĺžky, a experimentálne určiť r k a k; alebo na určenie λ
-
vlnové dĺžky svetla, ak sa použije šošovka so známym polomerom zakrivenia, merajúca tiež r k a k. V praxi zmerajte polomer nie jedného krúžku, ale niekoľkých, a po zapísaní rovnice (3.5), dvakrát pre krúžky so sériovými číslami „m“ a „n“, získajte rovnicu pre výpočet λ a R. Odčítaním druhého od prvej rovnice získame Z rovnice (3.8) možno získať rovnicu na výpočet polomeru zakrivenia. Popis inštalácie Meranie polomerov Newtonových prstencov sa v tejto práci vykonáva pomocou mikroskopu MBS, v jednej z okulárových trubíc, v ktorých je nainštalovaný svetelný zdroj a svetelný filter, a do druhej trubice je vložený mikrometer okulára. To umožňuje pozorovať Newtonove prstence v odrazenom svetle pri normálnom dopade svetelnej vlny na šošovku, pretože v optickej hlave mikroskopu sú nainštalované špeciálne hranoly (Schmidtove hranoly), ktoré umožňujú smerovanie svetelného lúča do a z objektu v pravom uhle a okulárové trubice sa môžu otáčať okolo oka pozorovateľ. Na stolík mikroskopu sa umiestni zariadenie na získanie interferenčného obrazca. Skladá sa z plochej konvexnej šošovky a rovinnej rovnobežnej platne, tesne stlačenej konvexnou stranou. Meranie polomerov Newtonových krúžkov sa vykonáva pomocou mikrometra okuláru (obr. 3.3). Mikrometer okulára sa skladá z tela 1 so svorkou 4, ktorá sa nasadí na tubu mikroskopu a zafixuje sa skrutkou 5 okuláru 2 pomocou dioptrického mechanizmu. Otočením okulára ho nastavte na ostrý obraz zameriavacieho kríža 1 (obr. 3.4). V ohniskovej rovine okuláru je pevná stupnica 3 s dielikmi od 0 do 8 (obr. 3.4), pohyblivý nitkový kríž 1 a index 2 vo forme bishtricha. Pri otáčaní mikrometrickej skrutky 3 (obr. 3.3) sa nitkový kríž 1 a tyč 2 (obr. 3.4) pohybujú v zornom poli okuláru 2 vzhľadom na pevnú stupnicu 3. Rozstup skrutiek je 1 mm. Keď sa skrutka 3 otočí za vrúbkovanú časť bubna (obr. 3.3), pomlčky a nitkový kríž v zornom poli okuláru (obr. 3.4) sa posunú o jednu mierku o jednu otáčku. Následkom toho pevná stupnica v zornom poli slúži na odčítanie plných otáčok závitovkového bubna. Buben 3 je po obvode rozdelený na 100 častí. Otáčanie bubna o jednu časť zodpovedá posunu nitkového kríža o 0,01 dielu pevnej stupnice. Úplné odčítanie na váhach mikrometra okuláru sa skladá z odčítania na pevnej stupnici a odčítania na valci so skrutkou. Čítanie v pevnej mierke v zornom poli je určené polohou Bishtricha. Počítanie bubna mikrometrickej závitovky sa robí ako pre bežný mikrometer, to znamená, že sa stanoví dielik stupnice, ktorý je oproti indexu vytlačenému na stacionárnom valci bubna. Meranie priemeru krúžkov sa redukuje na určenie súradníc krúžkov na stupnici mikrometra okulára. Otáčaním valca mikrometrickej skrutky nastavte nitkový kríž na tmavom krúžku (najskôr na pravý okraj prvého, potom druhého, tretieho atď., Zakaždým počítajte na váhe a bubne, ako je uvedené vyššie). Potom tiež spočítame súradnice radu po sebe nasledujúcich krúžkov vľavo. Odpočítaním od väčšej súradnice menšej pre ten istý krúžok získame priemer zodpovedajúceho krúžku v bežných jednotkách. Vydelením priemeru dvoma získate hodnotu polomeru. Vynásobením výslednej hodnoty pre polomer prstenca prevodným faktorom uvedeným v tabuľke 3.1 získame skutočnú veľkosť prstenca v milimetroch. \u003e\u003e Osvetlenie 1. Určte osvetlenie Svetelný tok sa šíri z ktoréhokoľvek zdroja svetla. Čím viac svetelného toku dopadá na povrch tela, tým lepšie je vidieť. Osvetlenie je označené symbolom E a je určené vzorcom: kde F je svetelný tok; S je povrchová plocha, na ktorú dopadá svetelný tok. V SI sa lux (lx) (z latinčiny Iux - svetlo) berie ako jednotka osvetlenia. Jeden lux je osvetlenie takého povrchu, na ktorý pripadá svetelný tok rovnajúci sa jednému lúmenu na meter štvorcový: Tu sú niektoré hodnoty povrchu (pri zemi). Osvetlenie E: Slnečné lúče na poludnie (v stredných zemepisných šírkach) - 100 000 luxov; 2. Zistenie, od čoho závisí osvetlenie Špionážne filmy ste už pravdepodobne videli všetci. Predstavte si: nejaký hrdina vo svetle slabej vreckovej baterky starostlivo skenuje dokumenty a hľadá potrebné „tajné údaje“. Všeobecne platí, že na to, aby ste mohli čítať bez namáhania očí, potrebujete osvetlenie minimálne 30 luxov (obr. 3.9), čo je veľa. A ako náš hrdina dosiahne také osvetlenie? Najskôr priblíži baterku čo najbližšie k dokumentu, ktorý prezerá. To znamená, že osvetlenie závisí od vzdialenosti od osvetleného objektu. Po druhé, umiestni baterku kolmo na povrch dokumentu, čo znamená, že osvetlenie závisí od uhla, pod ktorým svetlo dopadá na povrch. Obrázok: 3.10. S pribúdajúcou vzdialenosťou od zdroja svetla sa zväčšuje osvetlená povrchová plocha Nakoniec si pre lepšie osvetlenie môže jednoducho vziať výkonnejšiu baterku, pretože je zrejmé, že so zvyšovaním intenzity svetelného zdroja sa osvetlenie zvyšuje. Poďme zistiť, ako sa mení osvetlenie, keď sa zvyšuje vzdialenosť od bodového zdroja svetla k osvetlenej ploche. Napríklad nechajte svetelný tok z bodového zdroja spadnúť na obrazovku umiestnenú v určitej vzdialenosti od zdroja. Ak vzdialenosť zvýšite o polovicu, môžete vidieť, že rovnaký svetelný tok bude osvetľovať 4 krát F na veľkú plochu. Odvtedy sa osvetlenie v tomto prípade zníži až štvornásobne. Ak sa vzdialenosť zvýši trikrát, osvetlenie sa zníži o 9 - 2 krát. To znamená, že osvetlenie je nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti od bodového zdroja svetla k povrchu (obr. 3-10). Ak lúč svetla dopadá kolmo na povrch, potom je svetelný tok rozložený na minimálnu plochu. V prípade zväčšenia uhla dopadu svetla sa zväčšuje plocha, na ktorú dopadá svetelný tok, preto klesá aj osvetlenie (obr. 3.11). Už sme povedali, že v prípade zvýšenia intenzity svetelného zdroja sa zvyšuje osvetlenie. Experimentálne sa zistilo, že osvetlenie je priamo úmerné svetelnej intenzite zdroja. (Osvetlenie klesá, ak sú vo vzduchu častice prachu, hmly, dymu, pretože odrážajú a rozptyľujú určitú časť svetelnej energie.) Ak je povrch umiestnený kolmo na smer šírenia svetla z bodového zdroja a svetlo sa šíri v čistom vzduchu, potom je možné osvetlenie určiť pomocou vzorca: Obrázok: 3.11 V prípade zväčšenia uhla dopadu rovnobežných lúčov na povrch (a 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределяется по все большей площади поверхности Stôl je osvetlený lampou umiestnenou 1,2 m nad stolom. Určte osvetlenie stola priamo pod žiarovkou, ak je celkový svetelný tok žiarovky 750 lm. Považujte žiarovku za bodový zdroj svetla. Fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná svetelnému toku F dopadajúcemu na jednotku osvetlenej plochy S, sa nazýva osvetlenie. V SI sa lux (lx) považuje za jednotku osvetlenia. Osvetlenie povrchu E závisí: a) od vzdialenosti R od osvetleného povrchu; b) od uhla, pod ktorým svetlo dopadá na povrch (čím menší je uhol dopadu, tým väčšie je osvetlenie); c) z intenzity svetla I zdroja (E - I); d) priehľadnosť média, v ktorom sa svetlo šíri, prechádzajúce zo zdroja na povrch. 1. Čo sa nazýva osvetlenie? V akých jednotkách sa meria? 3. Ako je možné zvýšiť osvetlenie určitého povrchu? 4. Vzdialenosť od bodového zdroja svetla k povrchu sa zdvojnásobila. Ako sa zmenilo osvetlenie povrchu? 5. Závisí osvetlenie povrchu od intenzity zdroja svetla, ktorý osvetľuje povrch? Ak áno, ako? 1. Prečo je osvetlenie vodorovných plôch na pravé poludnie viac ako ráno a večer? 2. Je známe, že osvetlenie z niekoľkých zdrojov sa rovná súčtu osvetlenia z každého z týchto zdrojov zvlášť. Uveďte príklady uplatnenia tohto pravidla v praxi. 3. Po preštudovaní témy „Osvetlenie“ sa žiaci siedmeho ročníka rozhodli zvýšiť osvetlenie svojho pracoviska: Peťo vymenil žiarovku v stolnej žiarovke za žiarovku s vyšším výkonom; Kto zo študentov urobil správnu vec? Zdôvodnite svoju odpoveď. 4. Za jasného poludnia je osvetlenie zemského povrchu priamym slnečným žiarením 100 000 luxov. Určte svetelný tok dopadajúci na plochu 100 cm 2. 5. Určte osvetlenie pomocou 60 W žiarovky umiestnenej vo vzdialenosti 2 m. Je toto osvetlenie dostatočné na čítanie knihy? 6. Dve žiarovky umiestnené vedľa seba osvetľujú obrazovku. Vzdialenosť od žiaroviek k obrazovke je 1 m. Jedna žiarovka bola vypnutá. Ako veľmi by ste si mali priblížiť obrazovku, aby sa jej osvetlenie nemenilo? Na meranie intenzity svetla sa používajú prístroje, ktoré sa nazývajú fotomery. Vytvorte najjednoduchší analóg fotometra. Za týmto účelom vezmite biely plát (sito) a položte naň mastné miesto (napríklad olejom). Upevnite hárok zvisle a osvetlite ho z oboch strán rôznymi zdrojmi svetla (S 1, S 2) (pozri obrázok). (Svetlo zo zdrojov by malo dopadať kolmo na povrch hárku.) Pomaly sa pohybujúci jeden zo zdrojov, aby bolo miesto takmer neviditeľné. Stane sa to, keď je osvetlenie miesta na jednej a druhej strane rovnaké. To znamená, že E1 \u003d E2. Pretože ... Zmerajte vzdialenosť od prvého zdroja k obrazovke (R 1) a vzdialenosť od druhého zdroja k obrazovke (R 2). Porovnajte, koľkokrát sa intenzita svetla prvého zdroja líši od intenzity druhého zdroja :. Vedecký a výrobný komplex "Photopribor" (Čerkassy) Predmetom podnikania je vývoj a výroba presnej mechaniky, optoelektroniky a optomechaniky na rôzne účely, lekárskeho a forenzného vybavenia, domácich potrieb, kancelárskych hodín reprezentatívnej triedy. HBK „Photopribor“ vyvíja a vyrába periskopické zameriavače pre rôzne delostrelecké inštalácie, gyrokompasy, gyroskopy, optoelektronické vybavenie pre vrtuľníky, obrnené vozidlá, ako aj širokú škálu optických zariadení a nástrojov na rôzne účely. Fyzika. 7. ročník: Učebnica / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Vydavateľstvo Ranok, 2007. - 192 s.: Zle. Stručné teoretické informácie Odvetvie fyziky, ktoré meria charakteristiky optického žiarenia, sa nazýva fotometria. Pre aplikované osvetlenie sú dôležité tak objektívne energetické charakteristiky svetla, ako aj miera účinku svetla na oko pozorovateľa. Preto je vo fotometrii potrebné zaviesť dvojité jednotky merania: energiu (hodnotí sa podľa objektívnych energetických charakteristík) a fotometrickú (hodnotí sa účinkom na oko). Energia a fotometrické hodnoty spolu súvisia. Základnou fotometrickou veličinou je jednotka svetelnej intenzity - kandela. Candela (Kd) je intenzita svetla emitovaného kolmo na povrch čierneho žiariča z plochy 1/6´10 - 5 m 2 pri teplote tuhnutia platiny pod tlakom 101 325 Pa. Množstvo (1) nazývaný elementárny svetelný tok emitovaný do priestoru obmedzený uhlom aW
... Jednotkou svetelného toku je lúmen (1 lm \u003d 1 cd ´ 1 ster.). Ak svetelná intenzita zdroja nezávisí od smeru pozorovania (taký zdroj sa nazýva izotropný), potom je celkový svetelný tok emitovaný zdrojom vo všetkých smeroch Na dráhu svetelného toku umiestnime elementárnu plochu dS
tvoriaci uhol
so smerom šírenia svetla. Pomer svetelného toku k ploche osvetlenej plochy nazývané osvetlenie, ktoré sa meria v luxoch (1 Lx \u003d 1 Lm / m 2). Postavíme tiež platformu dS 0
kolmo na smer pozorovania a umiestnené v rovnakej vzdialenosti r
zo zdroja svetla ako stránky dS
... Zvažujem to a pomocou vzťahu (1) zo vzorca (3) získame (5) Osvetlenie povrchu je teda nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti od zdroja svetla (zákon inverzného štvorca) a je priamo úmerné intenzite svetla a kosínusu uhla dopadu svetla na povrch (kosínový zákon). Ak je zdrojom svetla určitý povrch, potom sa na jeho charakterizáciu uvedú hodnoty ako svietivosť a jas. Nechajte ihrisko dS
vyžaruje svetlo. Potom možno svietivosť definovať ako svetelný tok emitovaný z jednotkovej oblasti: (6) Jas sa zase nazýva intenzita svetla emitovaného z jednotky viditeľného povrchu v danom smere: (7) Z vzorca (7) vyplýva, že jas zdroja AT
môže závisieť od uhla a. Existujú však svetelné zdroje, pre ktoré jas nezávisí od smeru pozorovania, to znamená B (a) \u003d konšt
... Takéto zdroje podliehajú Lambertovmu zákonu: (8) a pre nich vzťah Ak je povrchová žiara spôsobená jej osvetlením vonkajším zdrojom, potom svietivosť súvisí s osvetlením v pomere: kde r
- koeficient rozptylu (odrazu) svetla. Popis inštalácie Fotometrické zariadenie sa skladá z kamery a rozdeleného obdĺžnikového puzdra. Vo vnútri komory je namontovaný selénový fotobunka, ktorej drôty sú vyvedené na koniec zariadenia. Fotobunka je upevnená v špeciálnom ráme, ktorý je možné otáčať okolo vodorovnej osi v uhle ¦ \u003d 90 0. Uhol natočenia sa meria pomocou uhlovej stupnice umiestnenej na prednej strane fotoaparátu. Selénová fotobunka pozostáva z kovového substrátu, na jednej strane ktorého je nanesená selénová vrstva hrubá asi 0,1 mm. Táto vrstva je zhora pokrytá priehľadnou elektródou. Podľa prvého zákona o fotoelektrickom efekte je intenzita saturačného fotoprúdu úmerná dopadajúcemu toku: kde γ
- integrálna citlivosť fotobunky. Selénová fotobunka má charakteristiku spektrálnej citlivosti blízku krivke viditeľnosti ľudského oka. Toto umožňuje použitie fotobunky na meranie denného svetla. Vo vnútri obdĺžnikového puzdra je umiestnený osvetľovač so žiarovkou, ktorý sa môže pohybovať pozdĺž pozdĺžnej osi zariadenia. Miera pohybu sa meria pozdĺž pravítka pripevneného na prednej strane zariadenia. Sada obsahuje aj šošovky v rámoch, matné sklo, sadu clon, testovaciu žiarovku a reostat. Žiarovky sú napájané z usmerňovača VS-24. Veľkosť fotoprúdu sa meria pomocou univerzálneho digitálneho zariadenia typu 4323A. Dokončenie práce 1. Pripojte mikroampérmeter k svorkám fotobunky. Nastavte limit merania - 10 μA. 2. Pripojte žiarovku do série s reostatom a usmerňovačom. 3. Fotočlánok nastavte kolmo na os prístroja (gombík - na nulovú značku uhlovej stupnice). Cvičenie 1 .
zo vzdialenosti od zdroja svetla. 1. Umiestnite iluminátor na desiate rozdelenie stupnice. 3.
Pomocou reostatu pripojte na žiarovku napätie, pri ktorom mikroampérmeter zobrazí maximálnu hodnotu sily prúdu ( i \u003d 10 μA).
4. Vezmite odpočítavanie i 10
na stupnici mikroammetra. 5. Bez zmeny napätia nastavte lampu na dieliky 20 a 30 stupnice a odčítajte hodnoty i 20
a i 30.
6. Pomocou získaných údajov skontrolujte platnosť zákona inverzných štvorcov: Cvičenie 2.Štúdium závislosti osvetlenia
Z uhla dopadu svetla. 1. Umiestnite iluminátor na desiate rozdelenie stupnice prístroja. 2. Aby ste získali rovnobežný lúč svetla medzi zdrojom a fotobunkou, nainštalujte do rámu objektív. 3. Pomocou reostatu dosiahnite maximálnu hodnotu fotoprúdu ( i \u003d 10 μA)
a odpočítavanie i 0.
4. Bez zmeny napätia a vzdialenosti žiarovky r
, otočte fotobunku o 30 0 a 45 0 a urobte odpočty i 30
a i 45
.
na stupnici mikroammetra. 5. Pomocou získaných údajov skontrolujte platnosť zákona kosínov: Cvičenie 3.Štúdium závislosti svetelného toku
z oblasti osvetlenej plochy.
1. Vyberte šošovku a otočte fotobunku kolmo na dopadajúce svetlo (gombík po nulovú značku uhlovej stupnice). 2. Osvetľovač nastavte na desiatu časť stupnice. 3. Pomocou reostatu pripojte na žiarovku napätie, pri ktorom mikroampérmeter zobrazí maximálnu hodnotu prúdu ( i \u003d 10 μA
). 4. Medzi fotobunku a svetelný zdroj umiestnite matné sklo do rámu (plocha otvoreného povrchu fotobunky je 9 cm 2). Odstráňte hodnotu fotoprúdu i 9
na stupnici mikroammetra. 5. Nainštalujte membrány pred fotobunku s plochou 6 cm 2 a 3 cm 2 a odčítajte hodnoty z mikroammetra i 6
a i 3
.
6. Zostrojte funkciu i \u003d f (S)
a uistite sa, že lineárna závislosť svetelného toku od povrchu pri konštantnom osvetlení. Kontrolné otázky
1. Aký je rozdiel medzi energiou a fotometrickými hodnotami? 2. Základné fotometrické veličiny a ich jednotky. 3. Zákon inverzného štvorca. Zákon kosínov. 4. Aké svetelné zdroje sa nazývajú Lambertove? Strana 1 Závislosť osvetlenia od svahu možno vyvodiť aj zo základne zariadení tlmiacich svetlo. Závislosť osvetlenia v ohniskovej rovine prístroja od jeho parametrov v prípade spojitého spektra bude zložitejšia, ako bola popísaná vyššie. Najmä pre kontinuálne spektrum sa zdá, že osvetlenie závisí od šírky štrbiny a disperzie spektrografu. Zvážme závislosť osvetlenia primárneho obrazu od rôznych faktorov. Uvažujme teraz o závislosti osvetlenia pozdĺž obrazu štrbiny od spôsobu jeho osvetlenia. Zodpovednosť medzi distribúciou osvetlenia pozdĺž štrbiny a pozdĺž výšky obrazu spektrálnej čiary môže byť skreslená vplyvom vinetového efektu. Podstata tohto účinku je nasledovná. Ak je štrbina veľká na výšku, svetelný lúč vychádzajúci z mimostredných častí štrbiny a zdroja šíriacich sa vnútri spektrografu v uhle k optickej osi nie je optickým systémom prístroja úplne využitý. Krivka vyjadrujúca závislosť osvetlenia v smere rovnobežnom so smerom aberácií priamych rovnakých vĺn pre bod ležiaci na hlavnom lúči nášho lúča je znázornená na obr. Jasná je aj závislosť osvetlenia spojitého spektra od šírky štrbiny. Čím je štrbina širšia, tým viac sa monochromatické obrázky štrbiny prekrývajú v každom danom bode spektra. Zároveň vidíme, že zvýšenie osvetlenia spojitého spektra so zväčšením šírky vstupnej štrbiny je sprevádzané poklesom čistoty spektra - zvýšením intervalu vlnových dĺžok 6R v každom bode spektra. Na obr. 2 je uvedená závislosť prirodzeného slnečného osvetlenia v meste s rozvinutým priemyslom na prašnosti. Bodová metóda je založená na závislosti osvetlenia daného bodu od svetelnej intenzity zdrojov, ktoré ho osvetľujú v zodpovedajúcich smeroch. Je vhodný na akékoľvek usporiadanie osvetlených plôch, ako aj na akékoľvek rozloženie osvetlenia, avšak za predpokladu, že je možné sa obmedziť na približný počet osvetlení, ktoré vytvárajú prúdy odrážajúce sa od stien a stropov miestnosti. V obvyklých formách je metóda navrhnutá na použitie s bodovými zdrojmi svetla a také zdroje je možné považovať za zdroje, ktorých maximálna veľkosť nepresahuje / s - b - 1/4 vzdialenosti od osvetleného bodu. Môžeme vykresliť osvetlenie produkované lampou proti vzdialenosti od lampy, aj keď nepoznáme hodnotu samotného osvetlenia. Táto metóda výpočtu je založená na závislosti osvetlenia od distribúcie svetla a umiestnenia žiaroviek v osvetlenej miestnosti. Pre luminiscenčné svietidlá usporiadané v línii s medzerami alebo bez nich je distribúcia svetla v línii charakterizovaná krivkami svetelnej intenzity v pozdĺžnej a priečnej rovine. Vidíme výrazný rozdiel v závislosti osvetlenia a toku od parametrov zariadenia. Rôzna je aj závislosť na šírke spektrálnej štrbiny.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
Práca č. 3.3, ktorá merala polomer zakrivenia šošovky a dĺžku svetelných vĺn pomocou Newtonových interferenčných krúžkov
Úvod
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
slnečné svetlo na otvorenom mieste v zamračenom dni - 1000 luxov;
slnečné svetlo v svetlej miestnosti (pri okne) - 100 luxov;
vonku pri umelom osvetlení - do 4 luxov;
od splnu - 0,2 luxu;
z hviezdnej oblohy za bezmesačnej noci - 0,0003 lux.
kde I je svetelná intenzita zdroja, R je vzdialenosť od svetelného zdroja k povrchu.
3. Naučiť sa riešiť problémy
2. Dokážete čítať bez namáhania očí v svetlej miestnosti? vonku pod umelým osvetlením? s splnom mesiaca?
- Natasha si nasadila ďalšiu stolovú lampu;
- Anton zdvihol luster, ktorý visel nad jeho stolom, vyššie;
- Jurij umiestnil stolovú lampu tak, že svetlo začalo dopadať takmer kolmo na stôl.
Zvážte bodový zdroj, ktorého svetelná intenzita je Ja
a vyberte plný uhol aW
s hornou časťou v bode zdroja (obr. 1).