Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi
1. Cihazın açıklamasını okuyun, cihazını inceleyin.
2. Aydınlatıcıyı açın, incelenen sıvının bir damlasını alt prizmaya koyun, üst prizmayı indirin, ölçek üzerindeki ortamın kırılma indisini okuyun.
3. Prizmaları silin. Üzerine bir damla başka bir test sıvısı koyun. Tüm işlemleri tekrarlayın.
4. Çözeltideki şeker konsantrasyonunun ve kırılma indisinin ölçümünün sonuçlarını kaydetmek için tüm verileri tabloya girin.
5. Ortamın kırılma indisinin, çözünen n \u003d f (C) konsantrasyonuna bağımlılığının bir grafiğini çizin; burada C, çözeltinin (şeker) konsantrasyonudur.
Tablo 2.1
Çözeltilerde kırılma indisi ve şeker konsantrasyonunun ölçülmesi
test soruları
1. Işık yansıması ve kırılma yasasını okuyun.
2. Bir maddenin kırılma indisinin fiziksel anlamı nedir?
3. Toplam iç yansıma nedir? Bu fenomen ne zaman gözlemlenir?
3.3 Numaralı Çalışma, Newton'un girişim halkalarını kullanarak lensin eğrilik yarıçapını ve ışık dalgalarının uzunluğunu ölçüyor
Amaç: Girişim olgusunu inceleyin ve Newton halkalarının özel girişim durumlarından biri ile tanışın ve lensin eğrilik yarıçapını ve ışığın dalga boyunu belirleme yardımı ile.
Cihazlar ve aksesuarlar: mikroskop, mercek mikrometresi, geniş eğrilik yarıçapına sahip plano-dışbükey mercek, düzlem paralel plaka, ışık kaynağı (akkor lamba, neon lamba), ışık filtresi seti.
Giriş
Newton halkaları, düz bir ayna yüzeyinde bulunan geniş bir eğrilik yarıçapına sahip bir düzlem-dışbükey lensi aydınlatırken meydana gelen ışık dalgalarının girişiminin özel bir durumudur. Paralel ışınlar, mercek-hava ve hava-düz arayüzden düz bir mercek yüzeyine dikey olarak yansıtıldığında tutarlı karışan dalgalar meydana gelir (bkz. Şekil 3.1. Basitlik için, düz mercek yüzeyinde bir ışın olay gösterilir).
Mercek, düz bir plaka üzerinde dışbükey bir bölümle bulunur. Mercek ile hava veya başka bir maddeyle dolu plaka arasında boşluk var. O noktasında, boşluktaki hava boşluğunun kalınlığı ışığın dalga boyundan çok daha azdır ve karanlık her zaman merkez noktadaki yansıyan ışıkta gözlenir. Burada zıt fazlarda iki dalganın eklenmesi gerçekleşir, çünkü ilk mercekten havaya yansıması, optik olarak daha az yoğun bir ortamdan meydana gelir ve yansıyan ışın, faz değiştirmez ve havadan cama yansıma durumunda (hava boşluğunun alt kenarından), yansıyan ışının fazı π olarak değişir. , ve bu, dalga yolu farkındaki λ / 2 oranında bir değişikliğe eşdeğerdir, çünkü optik olarak daha yoğun bir ortamdan yansıma meydana gelir. O noktasından belirli bir mesafede, ışık huzmesi, hava boşluğunun kalınlığının d olduğu bir yolda ilerler. D'nin değeri o kadar büyük olacaktır, ışının geliş noktası O noktasından ne kadar uzaksa. Merceğin yarıçapı, boşluğun kalınlığından çok daha büyüktür, bu nedenle yansıyan ışınlar 1 ve 2'nin yönde çakışacağını varsayabiliriz. Hava boşluğunun kalınlığı d \u003d λ / 4 olduğunda, bu ışınların yolundaki geometrik fark, ışın 2 bu boşluğu iki kez geçtiği için λ / 2'ye eşit olacaktır. Ve bu ışının optik olarak daha yoğun bir ortamdan yansıdığında faz değişiminden dolayı, bu iki ışının optik yol farkı λ'ya eşit olacaktır. Bu noktalar için, bu ışınlar eklendiğinde maksimum girişim gözlemlenecektir. Hava boşluğunun eşit kalınlıktaki yerleri, eşmerkezli dairelerdeki O noktası çevresinde bulunur. D \u003d λ / 4 kalınlığındaki bir katman, merkezden sonraki ilk ışık halkasını oluşturur. karanlık nokta... Basit matematiksel muhakemeden sonra, yansıyan ışınların maksimum girişim koşulu şu şekilde yazılacaktır:
(3.1)
Bu durumda minimum müdahale koşulu şudur:
(3.2)
burada Δ. parazitli ışınların optik yol farkıdır,
d k - hava boşluğunun kalınlığı,
λ lense düşen ışığın dalga boyudur,
k - seri numarası, k \u003d 0, 1, 2 ...
Mercek ve düz ayna arasındaki hava boşluğunun kalınlığını ölçmek zor olduğundan, genellikle karşılık gelen koyu halkaların yarıçapı - r k cinsinden ifade edilerek dışlanır.
Hava boşluğunun kalınlığı d k, koyu halkanın yarıçapı r k ve merceğin R eğrilik yarıçapı arasındaki ilişki, iyi bilinen teoremi geometriden hatırlayarak kolayca elde edilebilir (Şekil 3.2).
(3.3)
Parantezleri genişleterek ve dikkate alarak d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Denklem (3.4) yerine denklem (3.2) 'den d k değerini değiştirerek, koyu halkaların yarıçapını lensin eğrilik yarıçapı ve ışığın dalga boyuyla ilişkilendiren bir denklem elde ederiz. hafif halkalar için Gözlem, iletilen ışıkta yapılırsa, koyu ve açık halkaların düzeni ters sırada olacaktır, yani O noktasında bir açık nokta olacak, ardından karanlık bir nokta olacaktır, vb. Denklem (3.5) açık halkaların yarıçaplarının değerini verecektir ve ( 3.6) - karanlık. Bu çalışmada denklem (3.5) hesaplanmış olup, kurulum bilinen bir dalga boyuna sahip ışıkla aydınlatılmışsa, merceğin eğrilik yarıçapını R - belirlemek ve deneysel olarak r k ve k'yi belirlemek için kullanılabilir; veya λ belirlemek için
-
bilinen bir eğrilik yarıçapına sahip bir mercek kullanılıyorsa, ışığın dalga boyları, ayrıca r k ve k'yi de ölçer. Pratikte, bir halkanın değil, birkaç halkanın yarıçapını ölçün ve denklem (3.5) yazarak, "m" ve "n" seri numaralı halkalar için iki kez λ ve R'yi hesaplamak için bir denklem elde edin. İkinciyi ilk denklemden çıkararak elde ederiz Denklemden (3.8), denklemi elde edebiliriz eğrilik yarıçapını hesaplamak için. Kurulum açıklaması Bu çalışmada Newton halkalarının yarıçaplarının ölçümü, bir ışık kaynağı ve bir ışık filtresi takılı olan göz merceği tüplerinden birinde MBS mikroskobu ve diğer tüpe bir göz merceği mikrometresi yerleştirilerek gerçekleştirilir. Bu, Newton'un halkalarının lens üzerindeki normal ışık dalgası olayında yansıyan ışıkta gözlemlenmesini mümkün kılar, çünkü mikroskobun optik kafasına ışık huzmesinin nesneye ve nesneden doğru bir açıyla yönlendirilmesine ve göz merceği tüplerinin göz çevresinde döndürülmesine izin veren özel prizmalar (Schmidt prizmaları) yerleştirilmiştir. gözlemci. Bir girişim modeli elde etmek için mikroskobun sahnesine bir cihaz yerleştirilir. Düz dışbükey bir mercek ve dışbükey taraf tarafından sıkıca bastırılmış bir düzlem paralel plakadan oluşur. Newton halkalarının yarıçaplarının ölçümü, bir göz merceği mikrometresi kullanılarak gerçekleştirilir (Şekil 3.3). Göz merceği mikrometresi, mikroskop tüpü üzerine yerleştirilen ve bir diyoptri mekanizma ile göz merceğinin 2 bir vidası 5 ile sabitlenen bir kelepçe 4 ile bir gövdeden 1 oluşur. Göz merceğini döndürerek, onu artı işaretinin 1 keskin görüntüsünün üzerine yerleştirin (Şekil 3.4). Göz merceğinin odak düzleminde, 0'dan 8'e bölünmüş sabit bir ölçek 3 (Şekil 3.4), hareketli bir artı işareti 1 ve bishtrich şeklinde bir indeks 2 vardır. Mikrometrik vida 3 (Şekil 3.3) döndüğünde, artı işareti 1 ve çubuk 2 (Şekil 3.4) sabit ölçek 3'e göre göz merceği 2'nin görüş alanında hareket eder. Vida aralığı 1 mm'dir. Vida 3, tamburun tırtıklı kısmının arkasına döndürüldüğünde (Şekil 3.3), göz merceğinin görüş alanındaki çizgiler ve artı işareti (Şekil 3.4) bir ölçek bölme ile bir tur hareket edecektir. Sonuç olarak, görüş alanındaki sabit bir ölçek, vida tamburunun tam dönüşlerinin sayılmasına hizmet eder. Tambur 3, çevresel olarak 100 parçaya bölünmüştür. Tamburu bir bölüm döndürmek, artı işaretini sabit bir ölçeğin 0,01 bölümü kadar hareket ettirmeye karşılık gelir. Göz merceği mikrometresinin ölçeklerindeki tam okuma, sabit ölçekteki okuma ve vida kovanı üzerindeki okumadan oluşur. Görüş alanında sabit bir ölçekte okuma, bishtrich'in pozisyonuna göre belirlenir. Mikrometrik vidanın tamburunun sayımı, geleneksel bir mikrometre için olduğu gibi yapılır, yani tamburun sabit silindiri üzerine basılan indeksin karşısındaki ölçek bölümü belirlenir. Halkaların çapının ölçülmesi, göz merceği mikrometresi ölçeğinde halkaların koordinatlarının belirlenmesine indirgenmiştir. Mikrometre vidasının tamburunu döndürerek, artı işaretini koyu halkanın üzerine ayarlayın (önce birinci, sonra ikinci, üçüncü, vb., Yukarıda bahsedildiği gibi her seferinde ölçek ve tamburu sayarak). Sonra, soldaki bir dizi ardışık halkanın koordinatlarını da sayarız. Aynı halka için büyük koordinattan küçük olanı çıkararak, karşılık gelen halkanın çapını geleneksel birimlerde elde ederiz. Çapın ikiye bölünmesi yarıçap değerini verir. Halkanın yarıçapı için elde edilen değeri Tablo 3.1'de verilen dönüştürme faktörü ile çarparak, halkanın gerçek boyutunu milimetre cinsinden elde ederiz. 1. Cihazın açıklamasını okuyun, cihazını inceleyin. 2. Aydınlatıcıyı açın, incelenen sıvının bir damlasını alt prizmaya koyun, üst prizmayı indirin, ölçek üzerindeki ortamın kırılma indisini okuyun. 3. Prizmaları silin. Üzerine bir damla başka bir test sıvısı koyun. Tüm işlemleri tekrarlayın. 4. Çözeltideki şeker konsantrasyonunun ve kırılma indisinin ölçümünün sonuçlarını kaydetmek için tüm verileri tabloya girin. 5. Ortamın kırılma indisinin, çözünen n \u003d f (C) konsantrasyonuna bağımlılığının bir grafiğini çizin; burada C, çözeltinin (şeker) konsantrasyonudur. Tablo 2.1 Çözeltilerde kırılma indisi ve şeker konsantrasyonunun ölçülmesi test soruları 1. Işık yansıması ve kırılma yasasını okuyun. 2. Bir maddenin kırılma indisinin fiziksel anlamı nedir? 3. Toplam iç yansıma nedir? Bu fenomen ne zaman gözlemlenir? Amaç: Girişim olgusunu inceleyin ve Newton halkalarının özel girişim durumlarından biri ile tanışın ve lensin eğrilik yarıçapını ve ışığın dalga boyunu belirleme yardımı ile. Cihazlar ve aksesuarlar: mikroskop, mercek mikrometresi, geniş eğrilik yarıçapına sahip plano-dışbükey mercek, düzlem paralel plaka, ışık kaynağı (akkor lamba, neon lamba), ışık filtresi seti. Newton halkaları, düz bir ayna yüzeyinde bulunan geniş bir eğrilik yarıçapına sahip bir düzlem-dışbükey lensi aydınlatırken meydana gelen ışık dalgalarının girişiminin özel bir durumudur. Paralel ışınlar, mercek-hava ve hava-düz arayüzden düz bir mercek yüzeyine dikey olarak yansıtıldığında tutarlı karışan dalgalar meydana gelir (bkz. Şekil 3.1. Basitlik için, düz mercek yüzeyinde bir ışın olay gösterilir). Mercek, düz bir plaka üzerinde dışbükey bir bölümle bulunur. Mercek ile hava veya başka bir maddeyle dolu plaka arasında boşluk var. O noktasında, boşluktaki hava boşluğunun kalınlığı ışığın dalga boyundan çok daha azdır ve karanlık her zaman merkez noktadaki yansıyan ışıkta gözlenir. Burada zıt fazlarda iki dalganın eklenmesi gerçekleşir, çünkü ilk mercekten havaya yansıması, optik olarak daha az yoğun bir ortamdan meydana gelir ve yansıyan ışın, faz değiştirmez ve havadan cama yansıma durumunda (hava boşluğunun alt kenarından), yansıyan ışının fazı π olarak değişir. ,
ve bu, dalga yolu farkındaki λ / 2 oranında bir değişikliğe eşdeğerdir, çünkü optik olarak daha yoğun bir ortamdan yansıma meydana gelir. O noktasından belirli bir mesafede, ışık huzmesi, hava boşluğunun kalınlığının d olduğu bir yolda ilerler. D'nin değeri o kadar büyük olacaktır, ışının geliş noktası O noktasından ne kadar uzaksa. Merceğin yarıçapı, boşluğun kalınlığından çok daha büyüktür, bu nedenle yansıyan ışınlar 1 ve 2'nin doğrultuda çakışacağını varsayabiliriz. Hava boşluğunun kalınlığı d \u003d λ / 4 olduğunda, bu ışınların yolunun geometrik farkı, ışın 2 bu boşluğu iki kez geçtiği için λ / 2'ye eşit olacaktır. Ve bu ışının optik olarak daha yoğun bir ortamdan yansıdığında faz değişiminden dolayı, bu iki ışının optik yol farkı λ'ya eşit olacaktır. Bu noktalar için, bu ışınlar eklendiğinde maksimum girişim gözlemlenecektir. Hava boşluğunun eşit kalınlıktaki yerleri, eşmerkezli dairelerdeki O noktası çevresinde bulunur. D \u003d λ / 4 kalınlığındaki bir katman, merkezi karanlık noktayı izleyen ilk ışık halkasını oluşturur. Basit matematiksel muhakemeden sonra, yansıyan ışınların maksimum girişim koşulu şu şekilde yazılacaktır: Bu durumda minimum müdahale koşulu şudur: burada Δ. parazitli ışınların optik yol farkıdır, d k - hava boşluğunun kalınlığı, λ lense düşen ışığın dalga boyudur, k - seri numarası, k \u003d 0, 1, 2 ... Mercek ve düz ayna arasındaki hava boşluğunun kalınlığını ölçmek zor olduğundan, genellikle karşılık gelen koyu halkaların yarıçapı - r k cinsinden ifade edilerek dışlanır. Hava boşluğunun kalınlığı d k, koyu halkanın yarıçapı r k ve merceğin R eğrilik yarıçapı arasındaki ilişki, iyi bilinen teoremi geometriden hatırlayarak kolayca elde edilebilir (Şekil 3.2). Parantezleri genişleterek ve dikkate alarak d k< r k 2 \u003d 2Rd k (3.4) Denklem (3.4) yerine denklem (3.2) 'den d k değerini değiştirerek, koyu halkaların yarıçapını lensin eğrilik yarıçapı ve ışığın dalga boyuyla ilişkilendiren bir denklem elde ederiz. hafif halkalar için Gözlem, iletilen ışıkta yapılırsa, koyu ve açık halkaların düzeni ters sırada olacaktır, yani O noktasında bir açık nokta olacak, ardından karanlık bir nokta olacaktır, vb. Denklem (3.5) açık halkaların yarıçaplarının değerini verecektir ve ( 3.6) - karanlık. Bu çalışmada denklem (3.5) hesaplanmış olup, kurulum bilinen bir dalga boyuna sahip ışıkla aydınlatılmışsa, merceğin eğrilik yarıçapını R - belirlemek ve deneysel olarak r k ve k'yi belirlemek için kullanılabilir; veya λ belirlemek için
-
bilinen bir eğrilik yarıçapına sahip bir mercek kullanılıyorsa, ışığın dalga boyları, ayrıca r k ve k'yi de ölçer. Pratikte, bir halkanın değil, birkaç halkanın yarıçapını ölçün ve denklem (3.5) yazarak, "m" ve "n" seri numaralı halkalar için iki kez λ ve R'yi hesaplamak için bir denklem elde edin. İkinciyi ilk denklemden çıkararak elde ederiz Denklemden (3.8), denklemi elde edebiliriz eğrilik yarıçapını hesaplamak için. Kurulum açıklaması Bu çalışmada Newton halkalarının yarıçaplarının ölçümü, bir ışık kaynağı ve bir ışık filtresi takılı olan göz merceği tüplerinden birinde MBS mikroskobu ve diğer tüpe bir göz merceği mikrometresi yerleştirilerek gerçekleştirilir. Bu, Newton'un halkalarının lens üzerindeki normal ışık dalgası olayında yansıyan ışıkta gözlemlenmesini mümkün kılar, çünkü mikroskobun optik kafasına ışık huzmesinin nesneye ve nesneden doğru bir açıyla yönlendirilmesine ve göz merceği tüplerinin göz çevresinde döndürülmesine izin veren özel prizmalar (Schmidt prizmaları) yerleştirilmiştir. gözlemci. Bir girişim modeli elde etmek için mikroskobun sahnesine bir cihaz yerleştirilir. Düz dışbükey bir mercek ve dışbükey taraf tarafından sıkıca bastırılmış bir düzlem paralel plakadan oluşur. Newton halkalarının yarıçaplarının ölçümü, bir göz merceği mikrometresi kullanılarak gerçekleştirilir (Şekil 3.3). Göz merceği mikrometresi, mikroskop tüpü üzerine yerleştirilen ve bir diyoptri mekanizma ile göz merceğinin 2 bir vidası 5 ile sabitlenen bir kelepçe 4 ile bir gövdeden 1 oluşur. Göz merceğini döndürerek, onu artı işaretinin 1 keskin görüntüsünün üzerine yerleştirin (Şekil 3.4). Göz merceğinin odak düzleminde, 0'dan 8'e bölünmüş sabit bir ölçek 3 (Şekil 3.4), hareketli bir artı işareti 1 ve bishtrich şeklinde bir indeks 2 vardır. Mikrometrik vida 3 (Şekil 3.3) döndüğünde, artı işareti 1 ve çubuk 2 (Şekil 3.4) sabit ölçek 3'e göre göz merceği 2'nin görüş alanında hareket eder. Vida aralığı 1 mm'dir. Vida 3, tamburun tırtıklı kısmının arkasına döndürüldüğünde (Şekil 3.3), göz merceğinin görüş alanındaki çizgiler ve artı işareti (Şekil 3.4) bir ölçek bölme ile bir tur hareket edecektir. Sonuç olarak, görüş alanındaki sabit bir ölçek, vida tamburunun tam dönüşlerinin sayılmasına hizmet eder. Tambur 3, çevresel olarak 100 parçaya bölünmüştür. Tamburu bir bölüm döndürmek, artı işaretini sabit bir ölçeğin 0,01 bölümü kadar hareket ettirmeye karşılık gelir. Göz merceği mikrometresinin ölçeklerindeki tam okuma, sabit ölçekteki okuma ve vida kovanı üzerindeki okumadan oluşur. Görüş alanında sabit bir ölçekte okuma, bishtrich'in pozisyonuna göre belirlenir. Mikrometrik vidanın tamburunun sayımı, geleneksel bir mikrometre için olduğu gibi yapılır, yani tamburun sabit silindiri üzerine basılan indeksin karşısındaki ölçek bölümü belirlenir. Halkaların çapının ölçülmesi, göz merceği mikrometresi ölçeğinde halkaların koordinatlarının belirlenmesine indirgenmiştir. Mikrometre vidasının tamburunu döndürerek, artı işaretini koyu halkanın üzerine ayarlayın (önce birinci, sonra ikinci, üçüncü, vb., Yukarıda bahsedildiği gibi her seferinde ölçek ve tamburu sayarak). Sonra, soldaki bir dizi ardışık halkanın koordinatlarını da sayarız. Aynı halka için büyük koordinattan küçük olanı çıkararak, karşılık gelen halkanın çapını geleneksel birimlerde elde ederiz. Çapın ikiye bölünmesi yarıçap değerini verir. Halkanın yarıçapı için elde edilen değeri Tablo 3.1'de verilen dönüştürme faktörü ile çarparak, halkanın gerçek boyutunu milimetre cinsinden elde ederiz. \u003e\u003e Aydınlatma 1. Aydınlatmayı belirleyin Herhangi bir ışık kaynağından bir ışık akısı yayılır. Bir cismin yüzeyine ne kadar fazla ışık akısı düşerse, o kadar iyi görülür. Aydınlatma, E sembolü ile gösterilir ve aşağıdaki formülle belirlenir: f ışık akısıdır; S, ışık akısının düştüğü yüzey alanıdır. SI'da, lux (lx) (Latin Iux'dan - ışık) bir aydınlatma birimi olarak alınır. Bir lüks, bir metrekareye bir lümene eşit bir ışık akısının düştüğü böyle bir yüzeyin aydınlatılmasıdır: İşte yüzeyin bazı değerleri (yere yakın). Aydınlatma E: Öğlen güneş ışınları (enlemlerin ortasında) - 100.000 lux; 2. Aydınlatmanın neye bağlı olduğunu bulma Muhtemelen hepiniz casus filmleri izlemişsinizdir. Düşünün: bazı kahramanlar, zayıf bir cep feneri ışığında, gerekli "gizli verileri" bulmak için belgeleri dikkatlice tarar. Genel olarak, gözlerinizi yormadan okumak için en az 30 lüks (Şekil 3.9) bir aydınlatmaya ihtiyacınız vardır ki bu çok fazladır. Ve kahramanımız böyle bir aydınlığa nasıl ulaşır? İlk olarak, el fenerini görüntülediği belgeye olabildiğince yaklaştırır. Bu, aydınlatmanın aydınlatılan nesneye olan mesafeye bağlı olduğu anlamına gelir. İkinci olarak, el fenerini belgenin yüzeyine dik olarak konumlandırır, bu da aydınlatmanın ışığın yüzeye çarptığı açıya bağlı olduğu anlamına gelir. Şekil: 3.10. Işık kaynağına olan uzaklık arttıkça aydınlatılan yüzey alanı artar. Ve sonunda, daha iyi aydınlatma için, daha güçlü bir el feneri alabilir, çünkü ışık kaynağının yoğunluğundaki bir artışla aydınlatmanın arttığı açıktır. Nokta ışık kaynağından ışıklı yüzeye olan mesafe arttığında aydınlatmanın nasıl değiştiğini öğrenelim. Örneğin, bir nokta kaynaktan gelen ışık akısının kaynaktan belirli bir mesafede bulunan bir ekrana düşmesine izin verin. Mesafeyi yarıya yükseltirseniz, aynı ışık akısının geniş bir alanı 4 kat F aydınlatacağını görebilirsiniz. Çünkü bu durumda aydınlatma 4 kat azalacaktır. Mesafe 3 kat artırılırsa aydınlatma 9 - 2 kat azalacaktır. Yani aydınlatma, nokta ışık kaynağından yüzeye olan mesafenin karesiyle ters orantılıdır (Şekil 3-10). Bir ışık huzmesi yüzeye dik olarak düşerse, ışık akısı minimum bir alana dağıtılır. Işığın geliş açısının artması durumunda ışık akısının düştüğü alan artar, dolayısıyla aydınlatma azalır (Şekil 3.11). Kaynağın ışık yoğunluğunun artması durumunda aydınlatmanın arttığını söylemiştik. Aydınlatmanın kaynağın ışık yoğunluğuyla doğru orantılı olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. (Havada toz, sis, duman parçacıkları varsa ışık enerjisinin belirli bir bölümünü yansıtıp saçtığı için aydınlatma azalır.) Yüzey, bir nokta kaynaktan ışığın yayılma yönüne dik olarak yerleştirilmişse ve ışık temiz havada yayılıyorsa, aydınlatma aşağıdaki formülle belirlenebilir: Şekil: 3.11 Yüzeydeki paralel ışınların geliş açısının artması durumunda (a 1< а 2 < а 3) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределяется по все большей площади поверхности Masa, masanın 1,2 m yukarısındaki bir lamba ile aydınlatılır. Lambanın toplam ışık akısı 750 lm ise, doğrudan lambanın altındaki masanın aydınlatmasını belirleyin. Lambayı bir nokta ışık kaynağı olarak düşünün. Aydınlatılmış S yüzeyinin bir birimi üzerine düşen ışık akısı F'ye sayısal olarak eşit olan fiziksel bir nicelik aydınlatma olarak adlandırılır.SI'de, lüks (lux) bir aydınlatma birimi olarak alınır. E yüzeyinin aydınlatması şunlara bağlıdır: a) aydınlatılmış yüzeye olan mesafe R'ye, b) ışığın yüzeye düştüğü açıya (geliş açısı ne kadar küçükse, aydınlatma o kadar büyük); c) ışık I kaynağının yoğunluğundan (E - I); d) kaynaktan yüzeye geçen, ışığın yayıldığı ortamın şeffaflığı. 1. Aydınlatma ne denir? Hangi birimlerde ölçülür? 3. Belirli bir yüzeyin aydınlatması nasıl artırılabilir? 4. Nokta ışık kaynağından yüzeye olan mesafe iki katına çıkarıldı. Yüzeyin aydınlatması nasıl değişti? 5. Bir yüzeyin aydınlatılması, yüzeyi aydınlatan ışık kaynağının yoğunluğuna mı bağlıdır? Öyleyse nasıl? 1. Yatay yüzeylerin aydınlatılması neden öğle saatlerinde sabah ve akşam olduğundan daha fazla? 2. Çeşitli kaynaklardan gelen aydınlatmanın, bu kaynakların her birinden ayrı ayrı gelen aydınlatma toplamına eşit olduğu bilinmektedir. Bu kuralın pratikte uygulanmasına ilişkin örnekler verin. 3. "Aydınlatma" konusunu inceledikten sonra, yedinci sınıf öğrencileri işyerlerinin aydınlatmasını artırmaya karar verdiler: Petya, masa lambasındaki ampulü daha güçlü bir ampulle değiştirdi; Öğrencilerden hangisi doğru olanı yaptı? Cevabınızı doğrulayın. 4. Açık bir öğle vakti, Dünya yüzeyinin doğrudan güneş ışığı ile aydınlatılması 100.000 lükstür. 100 cm2'lik bir alanda ışık akısı olayını belirleyin. 5. Aydınlatmayı 2 m mesafede bulunan 60 W ampulden belirleyin Bu aydınlatma kitap okumak için yeterli mi? 6. Yan yana yerleştirilmiş iki lamba ekranı aydınlatır. Lambaların ekrana olan uzaklığı benimdir. Bir lamba kapatılmıştır. Aydınlatmasının değişmemesi için ekranı ne kadar yakınlaştırmalısınız? Işığın yoğunluğunu ölçmek için fotometre adı verilen cihazlar kullanılır. Bir fotometrenin en basit analogunu yapın. Bunu yapmak için beyaz bir sayfa (ekran) alın ve üzerine yağlı bir nokta koyun (örneğin yağ ile). Levhayı dikey olarak sabitleyin ve her iki taraftan farklı ışık kaynakları (S 1, S 2) ile aydınlatın (resme bakın). (Kaynaklardan gelen ışık tabakanın yüzeyine dik olarak düşmelidir.) Kaynaklardan birini yavaşça hareket ettirerek noktayı neredeyse görünmez hale getirin. Bu, bir taraftaki ve diğer taraftaki noktanın aydınlatması aynı olduğunda gerçekleşir. Yani E 1 \u003d E 2. Kadar ... İlk kaynaktan ekrana (R 1) ve ikinci kaynaktan ekrana (R 2) olan mesafeyi ölçün. İlk kaynağın ışık yoğunluğunun ikinci kaynağın ışık yoğunluğundan kaç kat farklı olduğunu karşılaştırın: Araştırma ve üretim kompleksi "Photopribor" (Cherkassy) İşletmenin kapsamı, çeşitli amaçlar için hassas mekanik cihazlar, optoelektronik ve opto-mekanik, tıbbi ve adli teçhizat, ev eşyaları, temsili bir sınıftaki ofis saatleri geliştirme ve üretimidir. HBK Photopribor, çeşitli topçu kurulumları, jiroskoplar, jiroskoplar, helikopterler için optoelektronik ekipman, zırhlı araçlar ve çeşitli amaçlar için çok çeşitli optik ekipman ve aletler için periskopik nişangahlar geliştirir ve üretir. Fizik. 7. Sınıf: Ders Kitabı / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X .: Ranok Yayınevi, 2007. - 192 s .: hasta. Kısa teorik bilgi Optik radyasyonun özelliklerini ölçen fizik dalına fotometri denir. Uygulamalı aydınlatma için, hem ışığın nesnel enerji özelliği hem de ışığın gözlemcinin gözü üzerindeki etkisinin ölçüsü önemlidir. Bu nedenle, fotometride, çift ölçüm birimi tanıtmak gerekir: enerji (nesnel enerji özellikleriyle değerlendirilir) ve fotometrik (göz üzerindeki etkiyle değerlendirilir). Enerji ve fotometrik değerler birbiriyle ilişkilidir. Temel fotometrik miktar, ışık şiddeti birimidir - kandela. Candela (Kd), 101 325 Pa basınç altında platin katılaşma sıcaklığında 1 / 6´10 -5 m 2 lik bir alandan siyah bir yayıcının yüzeyine dik olarak yayılan ışık yoğunluğudur. Miktar (1) açı ile sınırlı uzaya yayılan temel ışık akısı denir aW
... Işık akısının birimi lümendir (1 lm \u003d 1 cd ´ 1 ster.). Kaynağın ışık şiddeti gözlem yönüne bağlı değilse (böyle bir kaynağa izotropik denir), o zaman kaynak tarafından her yöne yayılan toplam ışık akısı Işık akısının yolunda, temel bir alan yerleştireceğiz dS
bir açı oluşturmak
ışığın yayılma yönü ile. Işık akısının aydınlatılmış yüzeyin alanına oranı lux cinsinden ölçülen aydınlatma olarak adlandırılır (1 Lx \u003d 1 Lm / m2). Ayrıca bir platform inşa edeceğiz dS 0
gözlem yönüne dik ve aynı mesafede bulunan r
site olarak bir ışık kaynağından dS
... Hesaba katıldığında ve ilişki (1) kullanarak, formül (3) 'ten elde ederiz (5) Bu nedenle, yüzeyin aydınlatması, ışık kaynağına olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır (ters kare yasası) ve ışık yoğunluğu ve yüzeydeki ışığın geliş açısının kosinüsü (kosinüs yasası) ile doğru orantılıdır. Işık kaynağı belirli bir yüzeyse, onu karakterize etmek için parlaklık ve parlaklık gibi değerler eklenir. Oyun alanı olsun dS
ışık yayar. O halde parlaklık, bir birim alandan yayılan ışık akısı olarak tanımlanabilir: (6) Sırasıyla, parlaklığa, belirli bir yönde görünen bir yüzey biriminden yayılan ışığın yoğunluğu denir: (7) Formül (7) 'den, kaynağın parlaklığının İÇİNDE
açıya bağlı olabilir a. Bununla birlikte, parlaklığın gözlem yönüne bağlı olmadığı ışık kaynakları vardır, yani B (a) \u003d sabit
... Bu tür kaynaklar Lambert yasasına tabidir: (8) ve onlar için ilişki Yüzey parlaması, harici bir kaynak tarafından aydınlatılmasından kaynaklanıyorsa, parlaklık, orana göre aydınlatma ile ilişkilidir: nerede r
- ışığın saçılma katsayısı (yansıma). Kurulum açıklaması Fotometrik cihaz, bir kamera ve bölünmüş dikdörtgen bir kasadan oluşur. Odanın içine, telleri cihazın ucuna kadar çıkarılmış bir selenyum fotosel monte edilmiştir. Fotosel, ¦ \u003d 90 0 açısı dahilinde yatay eksen etrafında dönebilen özel bir çerçeve içine sabitlenmiştir. Dönme açısı, kameranın ön tarafında bulunan açısal bir ölçekle ölçülür. Bir selenyum fotosel, bir tarafına yaklaşık 0.1 mm kalınlığında bir selenyum tabakasının uygulandığı bir metal alt tabakadan oluşur. Bu katman yukarıdan şeffaf bir elektrotla kaplanmıştır. Fotoelektrik etkinin birinci yasasına göre, doygunluk fotoakım gücü, olay akısı ile orantılıdır: nerede γ
- fotoselin entegre hassasiyeti. Selenyum fotosel, insan gözünün görünürlük eğrisine yakın bir spektral duyarlılık özelliğine sahiptir. Bu, fotoselin gün ışığını ölçmek için kullanılmasını sağlar. Dikdörtgen kasanın içine, cihazın uzunlamasına ekseni boyunca hareket edebilen ampullü bir aydınlatıcı yerleştirilmiştir. Hareket miktarı, cihazın ön tarafına sabitlenmiş bir cetvel ile ölçülür. Set ayrıca çerçevelerde lensler, buzlu cam, bir dizi diyafram, bir test ampulü ve bir reostat içerir. Ampuller, bir VS-24 doğrultucudan güç alır. Foto akımın büyüklüğü, 4323A tipi evrensel bir dijital cihaz kullanılarak ölçülür. İşin tamamlanması 1. Mikro ampermetreyi fotosel kıskaçlarına bağlayın. Ölçüm sınırını ayarlayın - 10 μA. 2. Bir reostat ve bir redresör ile seri olarak bir ampul bağlayın. 3. Fotoseli alet eksenine dik olarak ayarlayın (düğme - açısal ölçeğin sıfır işaretine). 1. Egzersiz .
mesafeden ışık kaynağına. 1. Aydınlatıcıyı ölçeğin onuncu bölümüne yerleştirin. 3.
Bir reosta kullanarak, lambaya, mikroampermetrenin akım gücünün maksimum değerini göstereceği bir voltaj uygulayın ( i \u003d 10 μA).
4. Geri sayımı yapın ben 10
mikro ampermetre ölçeğinde. 5. Voltajı değiştirmeden lambayı 20 ve 30 ölçekli bölmelere ayarlayın ve ölçüm yapın ben 20
ve i 30.
6. Elde edilen verileri kullanarak ters kare yasasının geçerliliğini kontrol edin: Egzersiz 2.Aydınlatma bağımlılığı çalışması
Işığın geliş açısından. 1. Aydınlatıcıyı alet ölçeğinin onuncu bölmesine yerleştirin. 2. Kaynak ve fotosel arasında paralel bir ışık huzmesi elde etmek için çerçeveye bir lens takın. 3. Bir reosta kullanarak, foto akımın maksimum değerini elde edin ( i \u003d 10 μA)
ve geri sayımı yap ben 0.
4. Lamba voltajını ve mesafesini değiştirmeden r
, fotoseli 30 0 ve 45 0 çevirin ve ölçüm yapın ben 30
ve ben 45
.
mikro ampermetre ölçeğinde. 5. Elde edilen verileri kullanarak, kosinüs yasasının geçerliliğini kontrol edin: Egzersiz 3.Işık akısının bağımlılığının incelenmesi
ışıklı yüzey alanından.
1. Lensi çıkarın ve fotoseli gelen ışığa dik olarak çevirin (düğme açısal ölçeğin sıfır işaretine getirin). 2. Aydınlatıcıyı ölçeğin onuncu bölümüne ayarlayın. 3. Bir reosta kullanarak, lambaya, mikroampermetrenin maksimum akım değerini göstereceği bir voltaj uygulayın ( i \u003d 10 μA
). 4. Buzlu camı, fotosel ile ışık kaynağı arasına bir çerçeve içine yerleştirin (fotoselin açık yüzey alanı 9 cm2'dir). Foto akımın değerini alın ben 9
mikro ampermetre ölçeğinde. 5. Diyaframları fotoselin önüne 6 cm 2 ve 3 cm2 alanlı olarak yerleştirin ve sırasıyla mikroampermetrenin okumalarını alın ben 6
ve ben 3
.
6. Fonksiyon grafiğini çizin i \u003d f (S)
ve sürekli aydınlatmada yüzey alanına ışık akısının doğrusal bağımlılığından emin olun. test soruları
1. Enerji ve fotometrik değerler arasındaki fark nedir? 2. Temel fotometrik büyüklükler ve birimleri. 3. Ters kare kanunu. Kosinüs yasası. 4. Lambert'in adı verilen ışık kaynakları nelerdir? Sayfa 1 Aydınlatmanın eğime bağımlılığı, ışık azaltıcı cihazların tabanına da konulabilir. Sürekli bir spektrum durumunda, cihazın odak düzlemindeki aydınlatmanın parametrelerine bağımlılığı, yukarıda tartışılandan daha karmaşık olacaktır. Özellikle, sürekli bir spektrum için, aydınlatma yarık genişliğine ve spektrograf dağılımına bağlı gibi görünmektedir. Birincil görüntünün aydınlatmasının çeşitli faktörlere bağımlılığını ele alalım. Şimdi yarık görüntüsü boyunca aydınlatmanın aydınlatma yöntemine bağımlılığını ele alalım. Yarık boyunca ve spektral çizgi görüntüsünün yüksekliği boyunca ışık dağılımı arasındaki karşılık gelen vinyet etkisinin etkisiyle bozulabilir. Bu etkinin özü aşağıdaki gibidir. Yarığın yüksekliği büyükse, yarığın merkez dışı bölümlerinden çıkan ve optik eksene bir açıyla spektrograf içinde yayılan ışık ışınları, aletin optik sistemi tarafından tam olarak kullanılmaz. Işınımızın ana ışını üzerinde yatan bir nokta için düz eşit dalga sapmalarının yönüne paralel bir yönde aydınlatmanın bağımlılığını ifade eden bir eğri Şekil 2'de gösterilmiştir. Sürekli spektrumun aydınlatmasının yarığın genişliğine bağımlılığı da netleşir. Yarık ne kadar genişse, tayfın verilen her noktasında yarığın daha tek renkli görüntüleri o kadar üst üste biner. Aynı zamanda, sürekli spektrumun aydınlatmasındaki artışa, giriş yarığının genişliğinde bir artışa, spektrumun saflığındaki bir azalmaya eşlik ettiğini görüyoruz - spektrumun her noktasında 6R dalga boyu aralığında bir artış. İncirde. 2, sanayisi gelişmiş bir şehirde doğal güneş aydınlatmasının tozluluğa bağımlılığı verilmektedir. Nokta yöntemi, belirli bir noktanın aydınlatmasının, onu karşılık gelen yönlerde aydınlatan kaynakların ışık yoğunluğuna bağımlılığına dayanır. Aydınlatılmış yüzeylerin herhangi bir düzenlemesinin yanı sıra herhangi bir aydınlatma dağıtımı için de uygundur, ancak odanın duvarlarından ve tavanlarından yansıyan akımların yarattığı aydınlatmanın yaklaşık bir hesabıyla kendini sınırlamanın mümkün olması şartıyla. Alışılmış biçimlerinde yöntem, noktasal ışık kaynakları ile kullanılmak üzere tasarlanmıştır ve bu tür kaynaklar, en büyük boyutları ışıklı noktaya olan mesafenin / s - b - 1 / 4'ünü aşmayan kaynaklar olarak kabul edilebilir. Aydınlatmanın değerini bilmesek bile, lambanın ürettiği aydınlatmayı lambaya olan mesafeye göre çizebiliriz. Bu hesaplama yöntemi, aydınlatmanın ışık dağılımına bağımlılığına ve lambaların aydınlatılan odaya yerleştirilmesine dayanmaktadır. Kesintisiz veya aralıksız bir hatta düzenlenmiş ışıldayan armatürler için, çizginin ışık dağılımı, uzunlamasına ve enine düzlemlerdeki ışık şiddeti eğrileriyle karakterize edilir. Cihazın parametrelerine aydınlatma ve akı bağımlılığında önemli bir fark görüyoruz. Spektral yarık genişliğine bağımlılık da farklıdır.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
3.3 Numaralı Çalışma, Newton'un girişim halkalarını kullanarak lensin eğrilik yarıçapını ve ışık dalgalarının uzunluğunu ölçüyor
Giriş
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
bulutlu bir günde açık bir yerde güneş ışığı - 1000 lux;
aydınlık bir odada güneş ışığı (pencerenin yanında) - 100 lux;
yapay aydınlatma altında dış mekan - 4 lükse kadar;
dolunaydan - 0.2 lux;
yıldızlı gökyüzünden aysız bir gecede - 0.0003 lux.
i, kaynağın ışık yoğunluğu olduğunda, R, ışık kaynağından yüzeye olan mesafedir.
3. Sorunları çözmeyi öğrenmek
2. Aydınlık bir odada gözlerinizi yormadan okuyabiliyor musunuz? yapay aydınlatma altında dışarıda? dolunay ile?
- Natasha başka bir masa lambası koydu;
- Anton masasının üzerinde asılı duran avizeyi daha yükseğe kaldırdı;
- Yuri, masa lambasını, ışık masaya neredeyse dik olarak düşmeye başlayacak şekilde yerleştirdi.
Işık yoğunluğu olan bir nokta kaynağı düşünün ben
ve katı açıyı seçin aW
üst kısmı kaynağın bulunduğu noktada olacak şekilde (Şekil 1).