close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2092 a. b. iskakovakhurast optika a. b. iskakova b. sh. murzalinova khurast

код для вставкиСкачать
535
0-64
Казахстан Республикасыныц бш м жэне гылым м инистрлт
С. Торайгьфов атындагы Павлодар мемлекеттйс университет!
ОПТИКА
Зертханалык ж^мыстарды орындауга
эдютемелш н^с^аулар
Ш*тн
Павлодар
0 -6 tf
Казакстан Республикасыньщ бшм жэне гылым министрлт
С. Торайгыров агындагы Павлодар мемлекетпк университет!
Физика, математика жэне акпараттык технологиялар
факультета
Жалпы жэне теориялык; физика кафедрасы
ОПТИКА
Зертханалык жумыстарды орындауга
эдастемелж н^скаулар
6 Бел1м
Павлодар
Кереку
2009
УДК 535(07)
ББК 22.34я7
0-64
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк
университетшщ физика, математика факультетшщ жал пы
жэне теориялык физика кафедрасыиыц отырысында басуга
усынылды
Рецензент
физика, математика гылымдарыныц
Ш. К. Биболов
кандидаты,
доцент
ОДрастырушылар: А. Б. Искакова, Б. Ш. Мурзалинова
0-64 Оптика : зертханалык жумыстарды орындауга методикалык
н^скаулар / к¥Раст- : А. Б. Искакова, Б. Ш. Мурзалинова. —
Павлодар : Кереку, 2009. - Б. 6 . - 27 б.
Эдютемелш нускауда «Физика» пэш бойынша зертханалык
жумыстарды орындауга усыныстар келиршеда, жумыстъщ максаттары
керсетшген.
Эдостемелж нускау техникалык жэне технология мамандыкгары
мен оларды дайындау багытыньщ тиггпк оку багдарламасына
непзделш жасалынган.
■ УДК 535(07)
ББК 22.34я7
© Искакора А.Б., Мурзалинова Б.Ш., 2009
© -С. Торайгыров атындагы ПМУ, 2009
Материапдардьщ дурыс болуына, грамматикалык жэне
орфографиялык кател!ктерге авторлар мен курастырушылар жауапты
Kipicne
Методик алык нускауда жалпы физика курсынын «Оптика»
бвшм1 бойынша ЖОО-ц физика-математика, инженерш-техникалык
жэне жаратылыстану-гылымдары мамандыктары бойынша окитьш
студенттерге зертханалык сабактарды дайындауы ;риш арналган.
Методикалык нускау студенттерд1 физикальщ аспаптармен терещрек
танысуы, сонымен катар накты елшеулердщ непзп эдютерш игеруше
кемектесед}. Бул окулыкка 4 зертханалык жумыс енпзшген, олардьщ
эркайсысы
кыскаша
теориялык
юркпеден,
зертханалык
кондыргылардьщ схемаларынан, олшеулерд1 журпзу эд 1стершен
турады. Зертханалык жумыстардыц сипаттамасынан кейш кажет
эдебиетгер тазйй келт1ршген.
Осы оку кздралын пайдалану студенттердац «Физика» пэш
бойьшша бш 1м децгейш, сонымен коса эдгстемелш жабдыктау мен
зертханалык сабактарды жаксартуда кеп камепн типзедо.
3
Зертханалык жумыс
№ 61 Дифракциялык
кемепмен жарык толкыныныц узындыгын аныктау
тордыц
Жумыстыц мацсаты: Дифракциялык торда интерференция мен
дифракцияны зерттеу; жарык толкыныныц узындыгын елшеу.
Кыскаша теория
,, Жарыктын интерференциясы мен дифракциясы
Жарык —толкындык жэне корпускалалык касиеп байкалатын
электромагнитах толкын.
Жарыктын толкындык KacjpeTi интерференция жэне дифракция
к^былысында
байкалады.
Интерференция
деп
когерентп
толкындардьщ косылуы аймагында жарык ек тн д ш тн щ ynecripyiMeH
журенн кубылысты айтады.
Осындай жагдайда жарыктьщ
максимумдары мен минимумдары байкалады. Жарык екпщщлп деп
тусетш жарыкка перпендикуляр жазыктыкгыц б1рлпс ауданынан
б ipлис уакыг 1шшде жарык толкыны тасымалдайтьш орташа энергияга
тец шаманы айтады. Ектндипк тусетш толкынныц амплитудасыныц
квадратына пропорционал.
I
Когерентп толкын — бул тербел1с жишктер 1 б1рдей, косылу
нуктешнде уакытка байланысты фазалар айырымы немесе косылу
нуктесше дейанп А оптикалык жол айырымы туракгы болатын
толкьшдар. Сонымен катар, жарык толкындарында тербелк багыты
б1рдей болу керек.
Егер оптикалык жол айырымы
Д = ±2
(61.1)
ал фазалар айырымы
Ад> = ±2/и •яг
(61.2)
тец болса, ягни зерттелетш нуктеге тербелктер 6 ip фазада
жететш болса, когерентп толкындардыц интерференциясы кезшде
жарык интенсивтаппшц максимумы байкалады.
А
Егер Д = ±(2/и + 1)— жэне Д$» = ±(2т+1)я-, ягни тербелютер
зерттелетш нуктеге карам-карсы фазада жететш болса, екшндшктщ
4
минимумы байкалады. Бершген жагдайда m — бутш сандар m =
0,1,2,3... , Л —вакуумда жэне ауадагы толкын узындыгы.
Дифракция кубылысы толкындык беттщ тутастылыгы
жойылган кезде пайда болады жэне дербес жагдайда жарыктыц тузу
сызыкты таралуы бузылатын болса, ягни бегетп айналып eiyi кезшде
кершедо.
Дифракцияныц мшдеп бегеттщ елшем! мен формасына
байланысты экранда жарыктылыктын калай улесетщщгш аныктау
болып табылады.
Гюйгенс приндишне сэйкес толкын жеткен нукте еюнпй ретп
толкынньщ центр1 ретшде кабылдауга болады. Френель осы идеяны
былайша толыктырды: еюнхш ретп толкьшдар когерентп жэне
косылу кезшде 6 ipin-6 ipi интерференциялайды.
Параллель сэулелердеп жарык дифракциясы Фраунгофер
дифракциясы
(толкын
коз! экранная
улкен
кашьщтыкка
алыстатылган) деп аталады. Осы жумыста Фраунгофер дифракциясы
карастырылады. Егер монохроматты жарык тусетш болса, бул
жагдайда дифракциялык бейне кара немесе ак сакиналар туршде
байкалады.
Дифракциялык тор
EHi а болатын 6 ip -6 ip iH e H б 1рдей b мвлдар емес аралыктармен
бвлшген N сацылаудан жуйеш карастырайык (сурет 61.1), осындай
жуйе дифракциялык тор деп аталады.
(дифракциялык хор)
(жинагыш линза)
Фокальдык жазыктык
Ф
К
Сурет 61.1
5
Айтальщ торга жарьщ перпендикуляр багытта rycipujreH
болсын. Санылаудьщ артында дифракция нэтижесшде сэулелер торга
тускен сэулелерге кандай да 6 ip бурыш жасаб отырып, таралатын
болады. Егер осы сэулелердщ жолына жинагыш линзаны
орналастыратын болсак, осы линзаныц фокальдык жазыктыгында 6 ip
нуктеде 61рдей бурышпен ауыткыган сэулелер жинакталады. Bip6 ipme
сэйкес
сэулелердщ
арасындагы
оптикальгк
жол
айырымыД ={a+b) sm<p тен болады, мунда <р — санылауга тусетш
сэуле мен ауыткыган сэуле арасындагы бурыш, немесе A =d sin<р,
мунда d =a+b —дифракциялык тордьщ периоды, осы жол айырымына
сэйкес келетш фазалар айырымы
(61.3)
Егер А = А болса, онда S = 2x, демек сэулелер 6 ip фазада жетедо
жэне 6ipiH-6ipi кушейтедо. Осы жагдай уппн максимумдардьщ болу
шарты: d sin <р=тЛ, мунда m = 0; ± 1;±2. Осы максимумдар непзп деп
аталады.
Максимумдар шартьгаан га=0 болса, <р= 0 жэне экранда нелйпш
perri максимум алынады. т = ± 1 болса, нвлшпп реттщ ею жагында да
eid 6 ip lH m i perri максимумдар пайда болады жэне т.с.с.
Дифракциялык торды ак жарыкпен жарыктандырса, ак
жарыктьщ нвлшпп perri жолагы пайда болады, вйткеш^ = 0 ушш
максимум шарты кез келген толкьш узындыктары уппн орьшдалады.
0 perri эр жолак спектр болады, сонымен 6 ipre кьпыл шетше
дифракциянын улкен бурышы сэйкес келед1.
Максимумдар
екпшдшш
б1ртшдеп
азая
бастайды.
дифракциялык спекгрдщ саны шектеут жэне ол мына шарт бойынша
аныкталады
sin <р= т— <1
d
(61.4)
Дифракциялык тор жаксы спекрл1к аспап болып табылады,
спектроскопияда жарьщ толкын узындыгын влшеу уппн кещнен
колданылады.
6
Экспериментпк курылгынын сипаттамасы жэне влшеулер э д т
Жумыста колданылатын аспап бвлпштер1 бар сызгыштан (1),
осы сызгыштьщ соцында дифракциялык тор (2 ) бектлген, осы
сызгыштыц бойымен сацылауы жэне миллиметрлш шкаласы бар
экран (3) ерюн козгала алады (сурет 61.2).
Сурет 61.2
Егер сацылауга (4) жарык квзшен жарык шогын тумретш
болсак, оган дифракциялык тор (2 ) аркылы карал, осы сацылаудыц ею
жагынан козгалмалы экранный (3) шкаласында дифракциялык бейнеш
керуге болады — минимумдармен белшген б1рнеше ретп
максимумдар. Егер жарык ак болса, онда максимума ар ак жарык
cneiapi туршде байкалады. Бул кубылыс K&neci жагдаймен
тусщщршеда: квз торында коз буршагыньщ фокальдык жазыкгыгында
тордан ауыткыган сэулелердщ параллель шокгары жинактапады. Егер
(<р) ауытку бурышы d sin q > - m X шартын канагаттандыратын болса,
онда Ф нуктесшде (сурет 61.1) X толкын узындыгына сэйкес келетш
сацылаудыц бейнес1 алынады. Бакылаушы осы бейнеш шкалада квзге
тускен сэулелердщ жалгасында керетш болады.
d s i n p = m Я формуласынан,
, _ d sin (р
т
Д—
шыгады.
7
(61.5)
Сурет 61.3
Реп аз болатын спектрлер уппн сэулелердщ ауытку бурышы аз
болады, ейткеш /'г « 11 (сурет 61.3), мунда
11
— ( 1) сызгыш бойымен есептелш алынган дифракциялы
тордан сацылауы бар экранга дейшп кашыктык;
/ 2 — козгалмалы экранный (3) шкаласы бойымен есептелш
алынган сацылаудан тацдап алынган спектрге дешнп кашыктык
(сурет 613).
•1
Онда sin <p=tg(p — — , осыдан
_
1
Л = —- немесе А = — мунда N = —.
/,
М, ^
с?
N - бершген дифракциялык тор ушш Фрлнс узындыкка келетш
сацылаулар саны.
Ж умысты орындау тэртзбк
1)
жумыс бастамас бурын жарык кезш орнатады, дифракциялык
тор аркылы санылауга карал, сацылаудан ец узын кершетш кызыл
сэулелерге сэйкес келетш 6 ipimui жэне еюшш perri (m ± 1, т± = 2 )
Кызыл спектрге дейшп кашыктыкты олшеу керек. Ecexrri оц Г2 жэне
сол /’ спектрлер уппн, я гни ш= 0 (ак жарык) орталык максимумнын
eid жагынан жасау керек. Алынган мэндердщ орташасын есептеу
керек
<Гг) = Ц ^
8
(61.6);
2 ) садылаудан дифракциялык торга дешнп 1\ кашыктыкты
елшещз;
3) /| тагы да ею мэш уппн сэйкес келетш Гг мэндерш алу керек,
ягни m=± 1 ; и т = ± 2 уппн;
4) /] жэне т эр турл1 мэндерше сэйкес келетш Л, мэндерш
твмендеп формуламен есептеу керек
мунда d = — - дифракциялык тордыц турактысы, N — бфлйс
N
узындыкка келетш штрихтар саны N= 1 0 м'1;
S)
абсолют АЛ жэне е салыстырмалы кателштердо твмендеп
формулалар бойынша есептещз
АЛ
=
^
V «("-О
;
г = — -100%,
(61.8)
<Л>
мунда t(n) - п уппн Стьюдент коэффициент!, п - елшеулер саны;
6 ) Олшеулер нэтижелер! мен есептеулердр кестеге енпзйцз;
1 кесте - Элшеулер мен есептеулер Kecieci
№
|
м
т
1
1
2
2
1
2
3
1
2
1
к
Я
м
м
м
<*>-а
<4>
м
м
и в в и
м2
ДА
е
м
%
ор.
7) влшеулер нэтижесш сешмдшк интервалы туршде жазыныз
Л= ((Л)±АЛ) м
9
(61.9)
Бакылау с^рактары
1. Жарык; деген не?
2. К,андай к^былыс интерференция деп аталады?
3. Когерентп толкындардьщ сипаттамаларын атацыз.
4. Интерференция кезшде максимум мен минимум шартын
керсетащз.
5. Кандай оптикалык к^былыс жарык дифракциясы деп
аталады?
6 . Гюйгенс, Гюйгенс-Френель принциш неш бщщредо?
7. Дифракциялык торда жарык дифракциясы калай втед1?
8 . Тордан еткен сэуленщ жолын керсетодз?
9. Тордан алынган дифракциялык бейнеш суреттеп берпиз.
Максимум мен минимумньщ пайда болу шартын жазыцыз.
10. Дифракциялык спектрде тустердщ рей кандай? НелЬстен?
11 . Ак жарык дифракциясы кезшде орталык минимум нел1ктен
ак туске боялган?
Зертханалык ж^мыс № 65 Малюс зацын тексеру
Жумыстыц максаты: жазык поляризацияланган жарыктын
касиетш зерттеу; Малюс зацьш тексеру.
Теориялык K ip ic n e
Ж арык поляризациясы
Жарык толкыны - бул электр epicimn кернеулт Е мен магнит
epicraiH кернеулш Н озара перпендикуляр жэне толкынныц таралу
жылдамдыгыныц
векторына
перпендикуляр
тербелетш
электромагнитпк толкын. Сондьщтан барлык тужырымдар жарык
векторы болатын электр ергсшщ кернеултне Е катысты журпзшед!,
ойткеш электр epici заттьщ атомдарындагы электрондарьша эсер
етедк Е векторыныц Tep6eflici болатын жазыктыкты поляризация
жазыктыгы
деп
атайды.
Жарык
кептеген
атомдардьщ
элеюромагнитпк сэулеленушщ косындысы. Ал атомдар болса ездер1
6ip-6ipiHe ТэуелШ жарык толкыньга сэулелещйред!, сондыктан
10
девемен сэулеленетш жарык толкыны жарык векторыньщ мумкш
болатын тец ыкгималды T ep6ejiiciM eH сипатталады. (сурет 65.1а).
Сурет 65.1
Б^л табиги жарык. Е векторы белгип 6 ip жазыктыкта
тербелетш жарыкты жазык поляризацияланган жарык деп атайды.
(сурет 65.16).
Табиги жарыкты жазык поляризацияланган жарыкка б ел тш бip
багытка ие болатын тербел1стерд1 гана егоазетш жэне осы жазьщтыкка
перпендикуляр багыттагы тepбeлicтepдi толыгымен тежейпн
поляризаторларды колдана отырып айналдыруга болады. Табиги
кристалдардыц шйнде поляризатор ретшде турмалин пайдаланылады.
Турмалинмен жасалган классикалык тэж}рибелерда карастырайык.
О
Табиги жарыкты ОО’ оптикалык осше параллель киып алынган Ti
турмалин пластинасына перпендикуляр етш туарейш. Т| кристалын
сзуленщ таралу багытын айналдыра козгалтатын болсак, осы
турмалин аркылы вткен жарык екпшдшпнщ ешкандай взгерюш
байкамаймыз. Егер сзуленщ жолына еюнпп Т2 турмалин пластинасын
II
коятын болсак жэне оны сэуленщ таралу багытын айнала козгалтсак,
осы пластиналар аркылы еткен жарыкгын J екпшдши! кристалдардыц
оптикалык естершщ арасындагы <р бурыпща байланысты Малюс
зацына сэйкес взгеред1
J =Jo cos <р,
(65.1)
J — жарьщ екшндипгт деп тусетш жарыкка перпендикуляр
жазыкгьщтьщ б1рлпс ауданьшан б1рл1к уакыт шпнде жарык толкыны
тасымалдайтын орташа энергияга тец шаманы айтады. Екшндипк
тусетш толкьшньщ амплитудасыньщ квадратына пропорционал.
К^рылгыныц сипаттамасы жэне елшеу эд!стер1
Экспериментпк кэдрылгы 65.3 суретте келпршген.
Сурет 65.3
Осы ж^мыста S — карапайым жарьщ кез1, Р-поляризатор
колданылады. Осы поляризатор аркылы жарык вткенде екшндшп Jo
болатьш
жазы к
поляризацияланган
жарыкка
айналады.
Поляризацияланган жарыкгын, жолына тагы 6 ip поляроид орналаскан,
оны анализатор деп атайды. А анализтор оптикалык ecTi айналады,
анализатордан шыккан жарьщтьщ J
ектндипп ср бурышына
байланысты. Анализатордан шыккан жарык Ф фотоэлементгщ
фотокатодына туседа. мА микроамперметрмен елшенетш I
фототоктьщ шамасы анализатор аркылы втетш жарыкгын
екшндйнпне пропорционал. Анализатор айналган кезде ол Малюс
зацына сэйкес взгеру керек
I=locos2 <р
12
(65.2)
Фотоэлемент аркылы алынган максим ал фототок 1о <р-0 бурышына
сэйкес келед1, минимал фототок <р=90 бурышта байкалады. Егер
фотоэлементке сырттан шашыраган жарык туспейтш болса, минимал
фототок нелге тец болады.
Ж умы сты орыидау гэрпбк
1) жарык K63iH косу;
2 ) поляризатор жазыктыгын айн алдыра отырып, максим ал
фототокты any. Осы кезде <р — 0 ;
3) анализатор жазыктыгын 0 -тан 90 -ка дешн эр 10 градус
сайын айналдыра отырып, фототокты олшеу жэне оныц мэиш кестеге
енпзу;
4) анализатор жазыктыгын 90 -тан 180 -ка дейш dpi карай
айналдыра отырып, эр он градус сайын фототокты елшеу. Осы кезде
90° градуста ток ец теменп, ал 0° пен 180° градуста ец жогары болу
керек;
5) кестс бойынша 0 -тан 90°-ка дешн cos <р мэнш тауып, оларды
квадраттау керек;
6 ) барлык алынган елшеулер мен есептеулерд! кестеге енпзу;
блш еулер мен есептеулер Kecreci
2 -кесте
<Ру.
град
Ii
( мкА)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
cos (р
фг.
I)
град
(мкА)
(1 )= ц ь .
( ') - v
мэндер
бойынша
/ / ) - / . -Д1ц
соs2<p
180
170
160
ISO
140
130
120
НО
100
90
7)
алынган
cos2(р
( / / ) - / ^ = /(coeV )) тэуелд1л1К графипн салу керек, м¥ВДа/ад„— 90°
бурышка сэйкес ток.
13
-тан
I, мкА
\
COS ф
Бакылау сурактары
1. Жарык толкыны деген не?
2. Нетктен электр еркшщ кернеулш векторы жарык векторы
болып табылады?
3. Жазык поляризацияланган жарыкты капай алуга болады?
4. Малюс зацын жазу жэне тусщщру.
5. Поляризация кандай толкындардьщ сипаттамасы?
№ 68 Зертханалык жумыс. Вакуумды фотоэлемента зерттеу
Жумыстыц максаты: Вакуумды фотоэлементтщ вольтамперлж жэне жарыктык сипаттамаларын алу; Вакуумды
фотоэлементп зерттеу.
Теориялык Klpicne
Электромагнита
сэулелещцрудщ
эсершен
заттардан
электрондардьщ ыршып шыгуьш фотоэлектрлж эффект немесе
фотоэффект деп атайады. Фотоэффекттщ yui Typi бар: сырткы, innd
жэне вентильдь Егер электрондар жарык TycipuireH дененщ бетшен
коршаган ортага ыршып шыкса, фотоэффект сырткы деп аталады
жэне ол металдарга тэн.
Сырткы фотоэффект ушш Столетовтыц келен зандары
белгшенген:
1)
фотоэффект инерциалды емес, ягни жарыктандыра бастаган
мезетпен фотоэлектрондардыц пайда болуыньщ арасында Keniiry жок;
14
2) заттыц бетшен 6 ipjiiK уакытта ыршып шыгатын электрондар
саны тускен, жарьщтьщ спектралды курамы езгермеген жагдайда,
жарыкгын интенсивтшшне тура пропорционал;
3) заттан ыршып шыгатын электрондардьщ жылдамдыгы,
жутылатьш жарыкгын v жийпгшщ функциясы болып табылады.
Ж ишк арткан кезде фотоэлектрондардьщ жылдамдыгы, ягни,
то2
олардыц бастапкы кинетикалык энергиясы да
г
сызыкты артады;
4) эр 6 ip зат ymiH аныкталган кдндай да 6 ip минимал ^ Кр жишк
бар, егер жарык; жиинп одан томен болса фотоэффект байкалмайды.
Ол житие фотоэффекгтщ кызыл шеп деп аталады.
Эйнштейн кванттьщ урд!стерде энергияньщ сакгалу зацыньщ
непзшде электрондардьщ жарыкгыц эсершен ыршып шыгу кезшдеп
энергиясы мен сол жарьщтьщ жиингшщ арасындагы сандык
байланысын аньщгаган; ягни Эйнштейн тецдеу1
,
.
т о2
h v = Аш+ —^—
(68.1)
мундагы h = 6,62-10' 3 Дж с -Планк туракгысы;
V - тускен жарыктыц ж иш п;
h v - тускен фотонныц энергиясы;
т —электрон массасы;
и - ыршып шыгатын электронный жылдамдыгы;
- электронный металдан шыгу жумысы.
Бул тевдеуд! былай TyciHy кажет: энергиясы h V фотон металга
тускен кезде езшщ энергиясын электронга бередь Ол энергия,
Шрщшден, электронный металдан шыгу жумысын аткаруга,
еюшщцен,
электронга
кинетикалык;
энергияны
т о2
^
беруге
жумсалады. Егер
h v < Аш болса фотоэффект байкалмайды.
Заттардьщ кеб; ухшн фотоэффекттщ кызыл шеп спектрдщ
ультракулпн болтнде жатыр жэне тек сштипк металдар ymiH ол
кершетш жэне кейде инфракызыл бел1гшде болады.
15
Фотоэлемен т п кдоылысы жэне жумысы
Жарык сигналын элекгрлпже турленд^ретш сэулелендорпш
кабылдагыиггар, фотоэлементтер деп аталады. Сырткы фотоэффект
вакуумды фотоэлементгердщ жумысыныц непзшде жатыр. Вакуумды
фотоэлемент (68.1 сурет) тт.тм баллонная 1, оньщ ixmci кабыргасьша
жагылган жэне фотокатод болып табылатын фотоэлектрлж сез^мтал
кабаттан 2 , сонымен катар анод болып табылатын электрондар
коллекторынан 3 тирады. Баллонда кысымы 10'7мм сьгаап
баганасындагы болатын вакуум жасалады. Сурьма-цезил1 жэне оттепкумктп фотокатодты фотоэлементтер коп тараган. Егер
фотоэлементке кернеу Tycipce, онда фотокатодты жарыктандырудыц
салдарынан тпбекте ток пайда болады.
Сырткы фотоэффект фотоэлементгердщ непзп сипаттамалары:
14
■
1) сезтггалдылык,
интегралдык
37 жэне спектралдык
Sс = —
дф
снпаттаиа — Sx = —■— (5/ -фототок езгеруц ягни жарык агыньшыц
Ъфх
дф шамасына eirepyi; 8фх - монохроматты агынньщ толкын
узындыгымен Я 03repyi);
2) жарыктык снпаттама -фототоктыц жарык агынынан
тэуелдшп (фотоэлементте кернеу туракгы болтан жагдайда);
3) вольт-амперлж снпаттама —фототоктыц фотоэлементтеп
кернеуден тэуелдшйт (жарык агыны теракты болтан жагдайда).
Вакуумды
фотоэлементтщ
артьжшылыгы,
олардын
турактылыгы жэне жарык агыныны мен фототоктыц сызыктык
тэуелдшп болып табылады.
16
BipaK олардьщ сез1мталдыгы жогары емес ( 1лм жарык; агынына
20-100 мкА). Фотоэлементтерд! техникалык колдану кезшде anci3
бастапкы фототоктарды алдымен фотоэлементтердщ езшде кушейту
кажегплт туындайды. Фотоэлемент кысымы томен (-10' мм сынап
баганасындагы) кандай да 6 ip инертп газбен толтырылады. Токтьщ
кушекпнщ ce6 e6 i катодтан ыршып шыккан фотоэлектрондар электр
opiciHeH удеу алып газ молекулаларын иондайтындыкган болады,
ягни жаца электрондар туындайды.
Газбен толтырылган
фотоэлементтердщ сез1мталдыгы б1ршама жогары, 6 ipaK олардьщ
инерционалдыгы да жогары жэне вольт-амперлш сипаттамасы
сызыкты емес, ал ол болса олардьщ колдануын шектейдо. Бастапкы
фототокты косымша электродгардан алынган еюшш электронды
эмиссияныц кемегтмен кушейтудщ баска 6 ip spxci фотоэлектронды
кебейткнп деп аталатын— ФЭУ куралдьщ непзшде жатыр. Ондай
электродтар 10-15 шамасьщда. Бул жуйелердщ кушейпаш
коэффициент! 107 - 106 -ке, ал ФЭУ интегралды сез1мталдыгы мыц
ампер люменге дейш жетедо. Соныц нэтижесшде шагын жарык
агыныц ripKeyre болады. Ka3ip б1ркаскадты жэне кепкаскадты
фотокебейтю штер кец колданылады.
Жумысты орындау тэр пбк
68.2
суретте тэж1рибел1 сынакка арналган кондыргьшыц схемасы
KejrripinreH
микроамперметр, R —потенциометр.
68.2 сурет
Фотоэлемент
орнатылады.
жэне
жарык
17
кез1
оптикалык
орындыкта
Вольт-ампершк сипатгаманы алу ушш:
1) жарыкггандыргышты фотоэлементтен (жарык агынын) алые
емес аракашыктыкка орнатьщыз;
2) анодтагы кернеудо б1ртшдеп арттыра отырып (6-10В-тан
кейш) вольтметрдщ жэне амперметрдщ керсеткшггерш 3-кестеге
жазыцыз;
3) жарык кезшщ орнын 6ipa3 ауыстырып 1 жэне 2 пунктгеп
елшеулерд1 кайталацыз;
3- кесте
I, т А
и, В
4) вольт-амперлйс сипатгаманы I=fl[U) КУРУЖарыктык сипатгаманы алу уппн:
1) кальку аймагындагын сипаттайтын
кернеуд! I=f(U)
графигшен аныкгау;
2 ) каныгу аймагына (1Н) сэйкес келетш анодты кернеуд1 орнату,
мандаты Ijj —жарык агыныньщ exeyi ушш каныгу тогы.
Жарыктандыргыш пен фотоэлемент арасындагы аракашыктыкты
взгерте отырып (5-6 рет), фотоэлементгщ эйнегшщ жарыктаыуын
люксметрмен елшеу. Ол аракашыктыктар ушш микроамперметр
корсеткпптерш 4-кестеге жазу;
4- кесте
Е, лк
Ф, лм
I, мкА
J, м кА /лм
3) эр 6 ip аракашыктык ушш жарык агынын есептеу
<D= E S
(68.2)
мундагы S -фотоэлемент ауданы, S = (5,0 ± 0,1) •10~*м ;
4) жарык агыныньщ барлык мэндер! у™1* сез1мталдыкты
. I
есептеу J - — ;
5) 1н= f(0) графипн куру.
Ескерту: Люксметр шепн 3 10 Лк-га орнату.
18
Бакылау сурактары
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Фотоэффект деп кандай кубылыс аталады.
Фотоэффекттщ кандай турлерш бшес1вдер.
Фотоэффект зацы (Столетов зацы).
Эйнштейн тецдеуш жаз жэне тусшдор.
Фотоэлементтщ курылысы жэне жумысы.
Бершген жумыста алынган графиктерд1 тусшд1р.
№ 69 Зертханалык жумыс. Стефан-Больцман турактысын
аныктау
Жумыстыц макса ты: оптикалык пирометрдщ курылысымен
жэне жумысымен танысу; Стефан-Больцман турактысын тэж1рибе
жузшде аныктау.
Теориялык Kipicne
Жогары температурага дешн кыздырылган денелер жарык
шыгарады. Дененщ кыздыру нэтижесшде жарьщ шыгаруын жылулык
(температуралык) сэулелену деп атайды. Жылулык сэулелену —бул
заттыц атомдары мен молекулаларыньщ жылулык козгалысыныц
энергиясыньщ нэтижес1нде пайда болатын электромагнитпк
сэулелену. Ол температурасы Кельвин нелшен жогары болатын
барльщ денелерге тэн. Жогары температура кезшде кыска жэне
ультракулпн, ал томен температура кез^нде инфракызыл толкындар
сэулеленедь Барльщ сэулеленулердщ арасында тек жылулык
сэулелену адиабаталык окшауланган туйьщ жуйеде тепе-тещйк куйде
бола алады. Осындай жуйеде кеб1рек кызган денелер коп сэулеленед1
жэне аз жутады, ал азьфак кызган денелер Kepicimne аз сэулеленедй
жэне кеп жутады. Ал ол болса, денелер мен олардыц жылулык
сэулеленулер» арасындагы энерпмны тепе-тец кальпгга улеспруше
экеледь
Жылульщ сэулеленудщ сандьгк сипаттамасы рспиде:
1)
дененщ сэулелендорпштш —бул дене бетпц 6ipniK ауданынан
б!рлщ еннщ жийпк интервалындагы сэулеленудщ куаты
ОКЬ,
„
19
К г ----- (69.1)
мандаты d W ^ +dv - электромагниттж сэулеленудщ энергиясы,
ол 6 i p n i K уакытта дене бетшщ б1рлж аудаыынан У ден v + d v -ге
дешнп жиЬйк интервалында шыгарылады. Сэулеленудщ елшем
6 ipniri
м •с
2)
денелердщ оларга тускен сэулелердо жутуы жуту кабшепмен
сипатталады
(69.2)
Ол 6 ipniK уакытта дене бетшщ б1рлйс ауданынан б1рлш жиипк
интервалында ететш, денеге тускен электромагнитшс толкындар
таситын dW ^ 7 d v жутылатын dW ViV+dy энергия белшн корсетедь
Кез келген температурада денеге тускен кез келген жиипктеп
барльщ сэулелерд1 тольщтай жутатын денет абсолют кара дене деп
атайды. Ягни, абсолют кара дене уппн Л* r = 1. Абсолют кара дененщ
идеалды модел1 ретшде кппкентай О сацылауы бар, шла бей
карайтылган туйьпс куысты алуга болады.
О
69.1 сурет
Жарык сэулей шагылу нэтижеанде толык жутылады. Кирхгоф
сандык байланысты орнаткан
(69.3)
Бул сэулеленудщ спектралды тыгыздыгыньщ спектралды жуту
кабшетше катынасы дененщ табигатына тэуелд1 емес жэне барлык
денелер уппн эмбебап функция болып табылады, ягни rVil = / (у,Т)
20
K,a3ipri заманга сэйкес теория rv т ушш келеы ернеюп береда
rv,T -
2 л с гк
1
- 5 • jx_ - Планк тендеу1
(69.4)
е ктл
мундагы h =6,62 •10 34Дж •с - Планк турактысы;
К= 1,38 -10“ Дж /К - Больцман турактысы
Осы формуладан абсолют кара дененщ сэулелену зацдары кортылып
шыгарылган.
Стефан —Больцман зацы
Абсолют кара дененщ сэулелену! RT оныц
температурасыныц терпнпп дэрежесше пропорционал
R j =сг -Т 4
абсолют
(69.5)
Вин зацы
Абсолют кара дененщ сэулеленутщ спектралды тыгыздыгынын
максимумы сэйкес келетш жарык толкыныныц узындыгы абсолют
температуратурага Kepi пропорционал
ъ_
т
Л max
(69.6)
мандаты Ь= 2,9 ■10~3м •К - Вин турактысы.
Сэулелену заццарыныц кемепмен температураны олшеу
эд1стер1, ягни кыздырылган денелердщ абсолют температураларын
олармен тжелей байланыс жасамай оптикалык жолмен аныкгау,
оптикалык пирометрияньщ непзшде жатыр. Kja3ipri уакытта осы
эд!стер жогары температураларды (2000К-нен жогары) аныктаудын
жалгыз жолы болып табылады. Эдастщ негвшде сэулеленудщ кандай
зады жатканына банланысты, уш температура карастырылады:
радиациялык, жарыкты, жарыктылык. Осы температуралар шынайы
температурамен белгий 6 ip катынаста болады. Сэйкес келетш
21
пирометрлер радиацияльщ, жарыкты жэне жарыктылыкгы деп
аталады.
Стефан-Больцман турактысын Стефан-Больцман зацынан
аныктауга
болады,
егер
дененщ
температурасын
жэне
сэулелендаргшгшон бшетш болсак.
Тэяйрибел! сы накка арналган коыдыргыыыц схемасы
О - объектив; JT —фотометрлш шам; 0 | - окуляр; GB - батарея; R| пирометр реостаты; R.2 —тсзбек реостаты; Sj —сэулелену K03i
69.2 сурет
Сэулелецщрпш дене рет1нде арнайы формалы вольфрамды
спираль алынады, ол вакуумды шыны баллонга орналастырылады.
Спираль айнымалы токпен кыздырылады жэне оньщ шамасы
реостатпен R2 реттеледь Тутынылатын куат Рэ амперметр рА жэне
вольтметр pV керсетюштер1мен аныкталады
РЭ=Ш
(69.7)
мандаты I —ток купи, U - кернеу.
Стационар режим кезшде сэулелецщргшщен шашыратылатын
куат Рр, тутынылатын куатка тец болуы шарт. Элеюфзик куаттан Рэ
баска спираль коршаган денелермен шыгарыпатын белмелЬс
температурага Тср ие болатын куатпен сэулеленудо Рср жутады
Pcp= o- T ;S
22
(69.8)
мандаты S - сэулелендаргап бетшщ ayданы.
Куат Рр Ke6iHece жылулык; сэулеленудщ нэтижесшде шашырайды:
Рр=сг Т4 S
мундагы Т - сэулелендорппггщ температурасы.
Онда былай жазуга болады: Рр=Рэ+Рср немесе <rT4S=IU+<rT^S,
осыдан
IU=o-(T4-T4cp)S
(69.9)
Спираль кызуыньщ температурасын елшеу ушш бершген
жумыста «жогалып кететш» ОПИИР-17 ж1б1 бар оптикалык пирометр
колданылады, онда зерттелетш дене мен эталонный жарыктылыгын
фотометрялык; салыстыру эдга пайдаланылады. Пирометрдщ О
объектив фокусында (сурет 69.2) жартылай шенбер туршде ишген JI
ж1б1 бар шам орналаскан. Зерттелетш беттен шыгатын сэулелену
объективке тусед1 жэне оныц фокальды жазыктыгында шамньщ Л
кызу ж1б1мен уйлескен осы беттщ бейнега пайда болады. О окулярда
улкейплген бейне кершедь Окуляр тубусында жарык фильтр! Ф
орналаскан, ол тек толкын узындыгы 0,65мкм шамасындагы кызыл
сэулелерд1 еттазедЬ JI шам яабщщ жарыкгылыгы Ri сакиналы
реостатпен
ретгеледь
Кызу
ж1бшщ
жарыкгылыгы
мен
сэулелендарпштщ бейнес1 сэйкес келген кезде жш «жогалъш кетедЬ>,
ягни бейненщ фонында кершбей кетедь Жптщ «жогалып кетуЬ
кезшде электровлшеупп куралдьщ шкаласында есеп жYpгiзiлeдi жэне
ол абсолют кара дененщ сэулелену! бойынша Цельсии градусында
белЬстенген. Куралда eKi шкала бар: 6 ipeyi 700-1400°С
интервалындагы,
eximuici
1200-2000 С
интервальшдагы
температуралар уппн.
Егер жарык кез! абсолют кара денеден ерекшеленсе, онда
аныкталган жарыкгылык температурасы шынайы температурадан
ерекшеленехц, ягни курал Я=0,65мкм ушш абсолют кара денешч
жарыкгылыгы Тн шынайы температурада зерттелетш дененщ
жарыкгылыгьша тец болатын Т„ температуранын мэшн бередь Т„
шынайы жэне Тя жарыкгылык температураларыньщ байланысын
былай кврсетуте болады
Т^ Г & 7
23
(6910)
мандаты А = 3,81-10 5- бершген материалга (Вольфрам) сэйкес
келетш теракты.
Жумысты орындау тэрпбк
1) сэулеленд1ргш тц электр "избеттмен жэне пирометрдщ
курылысымен танысу;
2 ) сакинаны тарекке дешн айналдыра отырып, пирометр
реостатыныц барлык кедергшерш R] енпзу;
3) сэулелендарпш т1збепн косып, сэйкес келетш кернеуда
орнату;
4) SA ажыраткыш батырмасын басып, эталонды шамньщ
■пзбегш туйьщтау;
5) монохроматты жарыкты алу уппн кызыл жарык фильтрш
колдану;
6 ) Oi окулярмен эталонды шам ж1бшщ айкын бейнесш алу;
7) пирометр О объективш кабылдагышка багытгап жэне
объектив тумблерш козгалта отырып, оньщ бейнесшщ айкындылыгьш
алу;
8 ) эталонды шам ж1бшщ кызуын б!рпндеп арттыра отырып,
сэулелецщрпштщ бейне фонында жштщ орта белтнщ (доганыц
шыцы) «жогальш кетуше» кол жетшзу, куралдын шкаласында
температура санагын журпзу. Сэулелендоргпп козшщ пзбегшде РА
жэне PV куралдарыныц керсеткшггерхн алу;
9) сэулелецщрпш ттзбегшде 3 рет эртурл! кернеумен тэж1рибева
кайталау. Барлык бершгендерда кестеге енпзу;
10)
(69Л1)
формуласы бойынша Стефан-Больцман турактысын сг аныктау
мунда S=4,3 10'^м2;
Тя — пирометр шкаласымен (жарыктылык) елшенген
температура;
Т„-шынайы температура;
Тор — коршаган ортаньщ температурасы, ягни белмелЬс
температура.
24
5 кесте —влшеулер мен есептеулер кестеса
№
п/п
Тср,
К
т„
к
т„
к
I,
А
и,
S,
В
м2
£Г,
Вт/м2к
Д£Г_ , ! В ° - ч Г
-V -К»-!)
%
Вт/м2*4
1
2
3
J4s
4s
34&
ор.
11)
аныкгацыз
абсолют
кателпгп
А<т1
Дет
темендеп
1У(М-а,Г
/ Л
У Чя-1)
формула бойынша
(69-12)
мандаты п —влшеулер саны п=3
t(n) - уш рет алынган влшеу уппн Стъюдент коэффициент!
(о) - Стефан-Больцман туракгысыныц орташа мэш.
o’, - Стефан-Больцман турактысынын ap6 ip есептелген мэш.
12) <т мэнш сешмдипк интервалы cr=( ( ° ) i^ £J) 2^4 туршде
жазьщыз.
Бакылау сурацтары
1. Кдндай сэулеяенудо жылулык деп атайды? Ол неш бицйреде?
2 . Жылулык сэулеленудщ сипаттамалары: сэуле шыгаргыштык
жэне жуткыштык.
3. Кандай дене абсолют кара деп аталады?
4. Абсолют кара дененщ зацдарын туейадару:
а) Стефан-Больцман зацы;
б) Вин зацы.
5. Оптикалык пирометрдщ жумыс принцишн туешдару.
6 . Жумыс формуласын кортып шыгару.
7. Жарык толкыныныц кандай касиеттер] бершген жумыста
дэлелденеда?
25
Эдебиеттер
1 Детлаф А.А, Яворский Б.М. Курс физики : учебное пособие
для втузов / Детлаф А.А, Яворский Б.М. —М. : Высшая школа 1989. 650 с.
2 Евграфова А.Г, Коган B.JL Руководство к лабораторным
работам по физике. —М., 1970. —398 с.
3 Иверонова В. И. Физически практикум. - 2-ое изд. - М., 1967.
-3 2 3 с.
4 Кортнев А.В и др. Практикум по физике : учебное пособие
для втузов. —М., 1965. —549 с.
5 Майсова Н И Практикум по курсу общей физики : учебное
пособие для студентов заоч. втузов и факультетов. — 2-ое изд.,
перераб. и доп. —М., 1970. —484 с.
6 Савельев И.В Курс общей физики. - М., 1989. —368 с.
7 Трофимова Т.И Курс физики : учебное пособие для вузов. 7-ое изд. —М., 2003. —588 с.
26
Мазмуны
Kipicne..................................................... ........................................... 3
1 Зертханалык жумыс № 61 Дифракциялык тордьщ кемепмен
жарык толкыныныц узындыгын аныктау........................................4
2 Зертханалык жумыс № 65 Малюс зацын тексеру....................... ... 10
3 Зертханалык жумыс № 68 Вакуумдык фотоэлемент зерттеу.. 14
4 Зертханалык жумыс № 69Стефан-Больцман турактысын
аныктау................................................. ........................................... ...19
Эдебиеттер....................................................................................... 26
А.Б. Искакова, Б.Ш. Мурзалинова
ОПТИКА
Зертханалык жумыстарды орындауга
эд1стемелж нускаулар
Техникальщ редактор Г.Н. Сейтахметова
Жауапты хатшы А.Т. Сулейменова
Басуга 06.10.2009 ж.
Эрш Typi Times.
niuiiM 29,7 х 42 Vi. Офсетпк кагаз.
Шарпы баспа табагы 1,07 Таралымы 100 дана
Тапсырыс № 1055
Еылыми баспа орталыгы
С.Торайгыров атындагы
Павлодар мемлекетпк универсHTeTi
140008, Павлодар к-, Ломов к., 64
БЕК 1ТЕШ Н
С. ^Торайгыров атындагы
nb^f^afip‘a^§tgi женшдеп
|р;]пфейфер
«
\ У '¥
2009ж.
Курастырушы: Искакова А.Б., Мурзалинова Б.Ш.
Аударма жасаган: Искакова А.Б., Мурзалинова Б.Ш.
Жалпы жэне теориялык физика кафедрасы
Зертханалык жумыстарды орындауга
методикалык нускаулар
Кафедра мэжшкшде усынылды 2009ж. « &»
04
, хаттама № 9 .
Кафедра менгерушйп_______ Ш.К. Биболов
Физика, математика жэне акдараттык технологиялар факультетшщ
эдмггеме кецеед колдады 2009 ж.
^ _____ . Хаттама № * .
ЭК терагасы___________ J& fer_______________А.Т. Кишубаева
КЕЛ1С1ЛГЕН
^
/Факультетшщ деканы_____ __________ С.К. Тлеукенов
2009 ж. « £ / »
СМ Б норм обакы лауш ы
2009ж. « ^
г
________ Г.С. Баяхметова
____ .
КУПТ АДЫ О У Ж ж ЭК
ОУЖжЭК бастыгы
jfk s
А.А. Варакута
«_0£у>
{0
2009ж.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
652 Кб
Теги
2092, iskakovakhurast, khurast, murzalinova, optika, iskakova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа