Порядок виконання роботи

1. Зібрати робочу схему.

2. Розташувати у циліндричній порожнині дротяної печі спай термопари та досліджуваний діод.

3. Ввімкнути джерело постійного струму до мережі.

4. Після розігріву печі з діодом та термопарою при досягненні температури 85^o С вимкнути джерело струму від мережі.

5. Омметром через кожні 5^o С знімати значення опору діода, який спочатку нагрівається а потім остигає та заносити до табл. 1, 2. У разі необхідності перемкнути омметр на іншу межу вимірювання.

Таблиця 1, 2

№, п/п	Δt, o C	T, K	1/T, К-1	R, Ом	ln R	, eB
1	80
2	75
...	...
12	25

7. За результатами експерименту побудувати графіки залежності для двох випадків.

8. За формулою , де – тангенс кута нахилу прямої на графіку, Дж/К – стала Больцмана, розрахувати ширину забороненої зони германію.

9. Порівняти отриманий результат з довідковим (» 0,7 еВ).

Висновок:

1. Яку фізичну величину Ви визначали? Описати, яким чином Ви це робили.

2. Дати аналіз отриманим даним. Для чого Ви розраховували похибки?

Контрольні запитання

1. Що таке валентна зона, заборонена та зона провідності?

2. Чим відрізняється електропровідність металів від напівпровідників?

3. Як залежить опір напівпровідника від температури (прямо пропорційно, обернено пропорційно, чи ще якось по іншому)?

4. Що таке термо ерс?

5. Що таке рухливість зарядів?

6. Як розрахувати питому електропровідність власного напівпровідника?

7. У скільки разів зміниться струм через зразок з германію при сталій напрузі, якщо температура підвищиться від 27^о С до 87^о С?

Розділ 5. Оптика

Лабораторна робота № 50.

Визначення параметрів лінзи

Мета роботи: навчитися визначати параметри лінзи, роздільну здатність свого ока; з'ясувати, чи є якийсь дефект зору і визначити оптичну силу необхідної лінзи.

Завдання:

1. Визначення радіусів кривизни лінзи.

2. Визначення фокусної відстані та оптичної сили лінзи.

3. Визначення показника заломлення матеріалу лінзи.

4. Визначення роздільної здатності ока.

Обладнання та інструменти: аркуш білого паперу, аркуш міліметрівки, лінійка, олівець, голка, екран.

Вказівки на теоретичний матеріал:

1. Закони геометричної оптики.

2. Заломлення світла.

3. Побудова зображень в лінзах.

Теоретичні положення

Опти́чна лі́нза (нім. Linse, лат. Lens — чечевиця) — найпростіший оптичний елемент, виготовлений із прозорого матеріалу, обмежений двома заломлюючими поверхнями, які мають спільну вісь, або взаємно перпендикулярні площини симетрії.

Оптичні лінзи зазвичай виготовляються зі скла або пластику. Природною оптичною лінзою є кришталик ока.

Типи лінз

Лінзу називають тонкою, якщо її товщина мала порівняно з радіусами сферичних поверхонь, що її обмежують. Сферичні тонкі лінзи бувають опуклі і вгнуті.

Опуклі лінзи мають властивість збирати заломлене світло (кожну з лінз можна умовно розділити на три частини, з яких краї 1 і 3- призми, що заломлюють промені до основи, а середина 2- плоскопаралельна пластинка), тому їх називають збиральними (у них середина товста, а краї тонші). Вгнуті лінзи розсіюють світло після заломлення, їх називають розсіювальними (середина тонка, а краї товстіші).

Рисунок 1.

Залежно від розташування центрів сферичних поверхонь та їхнього радіусу розрізняють такі типи лінз

двовипукла лінза

плоско-випукла лінза

збірний меніск

двоввігнута лінза

плоско-ввігнута лінза

розсіювальний меніск

В залежності від того, сходяться чи розходяться паралельні пучки променів після проходження лінзи, лінзи поділяють на збірні й розсіювальні.

Характеристики лінзи

Вісь симетрії аксіально-симетричної лінзи називається оптичною віссю. Світловий промінь, який розповсюджується вздовж оптичної осі не заломлюється.

Важливими характеристиками лінзи є фокусна віддаль і обернена до неї величина, яку називають оптичною силою лінзи.

Оптична вісь — загальна вісь обертання поверхонь, що складають центровану оптичну систему (лінзу, фотографічний об'єктив).

Рисунок 2. Оптична вісь (збігається з червоним променем) та симетричні щодо неї промені (пара синіх та пара зелених), що проходять через різні лінзи.

Фо́кусна ві́дстань — характеристика оптичної системи, у першому наближенні — відстань від центра оптичної системи до її головного фокуса.

Оптична сила - характеристика здатності оптичної системи фокусувати світло.

(1)

Позначається здебільшого літерою D, вимірюється в діоптріях. У системі СІ одиницею вимірювання оптичної сили є обернений метр (м^-1).

Лінза називається тонкою лінзою, коли її товщина набагато менша за фокусну віддаль. У протилежному випадку, коли товщиною лінзи не можна знехтувати в порівнянні з фокусною віддаллю, лінзу називають товстою.

Оптичний центр лінзи – точка, проходячи через яку промінь світла не змінює свого напряму.

Головний фокус

Рисунок 3.

Збірна лінза має властивість збирати промені, випущені з однієї точки, в іншій точці по другий бік від лінзи. Якщо на деякій відстані перед лінзою розмістити точку А, то промені що виходитимуть з цієї точки, проходитимуть через лінзу заломлюючись до оптичної осі і збиратимуться в точці А'. Ця точка називається спряженим фокусом до точки А.

Якщо віддаляти точку А від лінзи, то точка А' переміщатиметься ближче до лінзи.

Якщо точка А знаходитиметься нескінечно далеко від лінзи, то промені від неї будуть паралельними, а точка А' називатиметься головним фокусом лінзи, а відстань до неї — головною фокусною відстанню.

Зображення утворене лінзою

Рисунок 4.

При побудові зображень створених двовипуклою лінзою, проводять три лінії:

З вершини предмета паралельно оптичній осі лінзи до головної площини лінзи, далі, заломлюючись, через задній головний фокус.

З вершини предмета через центр лінзи.

З вершини предмета через передній фокус до головної площини лінзи, а далі паралельно оптичній осі лінзи.

Ці три лінії перетинаються в одній точці і дають зображення вершини предмета. Відповідно до формули

(2)

Якщо предмет знаходиться далі за подвійну фокусну відстань, то зображення знаходитиметься позаду лінзи між фокусом і подвійним фокусом і буде дійсним, перевернутим і зменшеним.

Якщо предмет знаходиться між фокусом і подвійним фокусом перед лінзою, то зображення буде позаду лінзи за подвійним фокусом і буде дійсним, перевернутим і збільшеним.

Якщо предмет знаходиться ближче від фокуса перед лінзою, то зображення буде ще ближче перед лінзою і буде уявним, прямим і збільшеним.

Виготовлення лінз з заданою фокусною відстанню

Рисунок 5.

Радіуси кривизни поверхонь лінзи і її фокусна відстань пов'язані наступним співвідношенням:

(3)

де F — фокусна відстань,

R₁, R₂ — радіуси кривизни поверхонь лінзи,

n — характеристика матеріалу лінзи,

Знаки перед радіусами ставляться відповідно до їхньої випуклості чи увігнутості.

Око.

Оптична система ока складається з ряду заломлюючих тіл (кришталик, скловідне тіло, водянистій рідині) і веселкової оболонки, що грає роль діафрагми. Кришталик - прозоре тіло, схоже на збираючу лінзу, складається з речовини, показник заломлення якого ~ 1,4.

Дно очного яблука вистилає сітківкою. Завдяки заломленню світла в кришталику на сітківці утворюється дійсне зображення предметів. Оскільки відстань між кришталиком і сітківкою не змінюється, то для здобуття на на сітківці різкого зображення різновидалених предметів кришталик повинен міняти фокусну відстань. Це відбувається шляхом деформації кришталика за допомогою очних м'язів. Відповідно до формули F = df/(d+f) фокусна відстань міняється при наближенні предмету до ока. Здатність ока пристосовуватися до бачення на близьких і далеких відстанях називають акомодацією.

Роздільна здатність ока. Щоб розглянути детальніше предмет, ми наближаємо його. При цьому збільшується точка зору, під яким видно предмет, тобто кут, утворений променями, що приходять в наше око від крайніх точок предмету. Розділова здатність ока - мінімальний кут, під яким два об'екта видно окремо.

Дифракційна межа кутового дозволу ока визначає-ся так: 8 > 1,22 λ/d.

Оптичну відстань, на якій око може працювати не стомлюючись, називаю відстанню найкращого зору d₀ = 25 см (для нормального ока).