Измерения и вычисления

В данной работе предлагается экспериментально изучить зависимость термо-ЭДС от разности температур двух спаев, образованных медной и константановой проволокой. Это устройство называют термопарой. Измерение зависимости термо-ЭДС термопары от разности температур, по существу, является градуировкой термопары.

Обычно для градуировки термопар используют некоторые заранее известные с достаточной степенью точности точки температуры, например, температура таяния льда, температура кипения воды, температура плавления чистых металлов и т.д. В процессе градуировки один спай термостатируется (в сосуде с тающим льдом, например), а второй спай погружают в среду, в которой создается известная температура (например, нагреваемая вода, температура которой контролируется термометром).

В работе термо-ЭДС измеряется микровольтметром. Один спай погружают в сосуд с тающим льдом, а другой – в сосуд с водой, разогреваемый электронагревателем. В сосуд с нагреваемой водой помещается термометр. По мере нагревания воды во втором сосуде через каждые (10…15) ^оС следует фиксировать термо-ЭДС до тех пор, пока вода не закипит. Рекомендуется измерять термо-ЭДС и при остывании воды.

По данным измерений построить зависимость Е = ƒ(∆T), а также произвести оценку погрешности измерения термо-ЭДС и отразить это на градуировочном графике.

Контрольные вопросы

1. Какие силы называют сторонними?

2. Что такое разность потенциалов? Что такое ЭДС?

3. Объясните причину возникновения контактной разности потенциалов при соединении двух различных проводников.

4. Почему в организме возникают биопотенциалы?

5. Объясните опыты Гальвани.

Лабораторная работа № 15 изучение тонких линз

Цель работы: 1. Измерить фокусное расстояние тонкой собирающей линзы. 2. Измерить зависимость расстояние линза – изображение от расстояния линза – предмет. 3. Измерить зависимость поперечного увеличения, даваемого линзой, от расстояния линза – предмет.

Приборы и принадлежности: 1.Оптическая скамья. 2.Лампа накаливания в кожухе.3.Экран.4.Исследуемая линза.5.Красный светофильтр.6. Диафрагма

Описание установки и краткая теория

Тонкими называются такие линзы, толщиной которых можно пренебречь (по сравнению с радиусами кривизны из поверхностей).

Линзы бывают собирающими (положительная оптическая сила) и рассеивающими (отрицательная оптическая сила.

Как показывают расчеты, оптическая сила тонкой линзы

(1)

где f – фокусное расстояние линзы, n и n_ср – показатели преломления вещества линзы и среды, в которой находится линза, соответственно, r₁ и r₂ – радиусы кривизны поверхностей линзы (без учета их знаков).

Оптическая сила линз измеряется в диоптриях. 1 дп – это оптическая сила тонкой линзы, фокусное расстояние которой в воздухе равно 1 м.

Знаки всех отрезков (радиусы, расстояния) определяются по следующему правилу: начало отсчета отрезка – оптический центр линзы. Если направление отсчетасовпадает с направлением световых лучей – отрезок положительный. Если не совпадает – отрезок отрицательный.

Используя правило знаков, можно убедиться, что линзы

будут все положительными (кстати, у всех середина толще краев).

Алинзы с сечением

будут отрицательными (у них центр тоньше краев).

Схематически тонкие линзы обозначаются

Усобирающей линзы фокус (точка, где собираются лучи, идущие параллельно главной оптической оси) действительный, фокусное расстояниеf > 0.

У рассеивающей линзы фокус мнимый, фокусное расстояние f < 0.

Одна из основных задач оптотехники – при заданных параметрах оптической системы, положении предмета относительно нее рассчитать положение изображения, его свойства: действительное или мнимое, увеличение, прямое или перевернутое.

Для тонкой линзы это можно делать, опираясь на формулу тонкой линзы

(2)

где а и b – расстояния линза – предмет и линза – изображение (без учета знаков), f – фокусное расстояние (без учета знака).

Из формулы (2) получим

(3) (без учета знаков)

Для собирающей линзы а < 0, f > 0, получим с учетом знаков

(4)

Видно, что знак b, а, значит, будет ли полученное изображение действительным или мнимым, зависит от соотношения между а и f. Если – изображение действительное (b > 0). Если – изображение мнимое (b < 0).

Для рассеивающей линзы а < 0, f < 0, получим с учетом этих знаков

(5)

Видно, что рассеивающая линза всегда дает только мнимое изображение (b всегда < 0). Можно показать, что оно всегда будет уменьшенное и прямое.Основную задачу оптотехники можно решать и графическим способом. При этом используются особые точки линзы – фокус (через эту точку проходит любой луч, идущий параллельно главной оптической оси, либо продолжение луча), и оптический центр линзы – через него проходит луч, не меняя своего направления.

У линзы существует еще одна интересная точка – двойной фокус. Это точка, которая лежит на главной оптической оси на расстоянии 2f от линзы. Можно легко убедиться, что если , тоb = 2f, а увеличение изображения N = = 1.

Для собирающей линзы для случая, когда формируется действительное изображение, формулу (2) можно записать:

(6)

Из нее, измерив на оптической скамье а и b, можно рассчитать f. Но реальные линзы не совсем тонкие, для них вершины сферических поверхностей не совпадают с оптическим центром линзы. А отсчет расстояний нужно вести именно от оптического центра. Для того, чтобы избежать этой трудности, можно вывести формулу для расчета f, в которой бы присутствовали перемещения линзы, которые можно измерять по перемещению любой точки на линзе.

Зафиксируем расстояние d предмет – экран (которое фактически равно а + b), получив на нем увеличенное изображение предмета (нить лампы). Затем, переместив линзу на расстояние l, получим на экране четкое уменьшенное изображение предмета. Величину f можно рассчитать по формуле

(7)

(формулу (7) нужно вывести).