Максимальна корисна потужність виділяється тільки при узгоджені опору навантаження та внутрішнього опору джерела струму

Це має важливе значення при будь яких джерелах і споживачах струму, для передаючих та приймаючих пристроїв, вихідних каскадів тощо.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричну схему (мал. 3), зробити відсутні позначки.

2. Міняючи положення повзунка реостата, виміряти

значення струму І і напруги U

3. Виміряти за (п. 2) 10-12 разів з інтервалом 0,05 А

від О до 1 А

4. Записати отримані значення до таблиці та розрахувати R і Р для кожного значення.

5. Побудувати графік залежності корисної мал.3

потужності Р від опору навантаження R 1.

 

Результати вимірювань та обчислень:

 

Обчислення:

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні запитання:

 

1. Як визначається корисна і повна потужність електричного кола?_____________

________________________

1. Що означає „коротке замикання” і які значення І, U та Р при цьому? __________

________________________________

1. Вивести формулу залежності Ркор від R __________________________________

________________________

1. В якому випадку від даного джерела можна відібрати максимально корисну потужність?___________________________________________________________

________________________

1. Чому дорівнює коефіцієнт корисної дії електричного кола, якщо ми отримуємо максимально корисну потужність?_______________________________________

________________________

1. Навести приклади застосування теоретичних знань за цією темою на практиці __________

 

 

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12

Визначення електрохімічного еквівалента меді

 

Мета роботи: 1. Поглибити знання з провідності провідників другого роду

2. На досліді ознайомитися з явищем „електроліз”;

3. Закріпити знання законів електролізу

4. Експериментально визначити електрохімічний еквівалент міді

Обладнання: - джерело постійного струму;

- електролітична ванна з розчином мідного купоросу;

- два електроди;

- амперметр;

- вольтметр;

- реостат;

- з’єднувальні провідники;

- терези з вагами;

- годинник.

 

Короткі теоретичні відомості:

 

Провідники II роду — це електроліти, провідність яких обумовлена наявністю великої концентрації вільних іонів, утворення яких найчастіше відбувається в результаті явища електролітичної дисоціації.

При протіканні струму крізь електроліт на електродах (на аноді і катоді) виділяються або осідають різні речовини залежносто від роду електроліту. Це явище називають електролізом.

Згідно з першим законом Фарадея для електролізу маса виділеної речовини пропорційна силі струму I і часу його протікання крізь електроліт t:

де к – електрохімічний еквівалент, що чисельно дорівнює масі речовини, яка виділилась при проходженні крізь електроліт одиниці кількості електрики. Електрохімічний еквівалент залежить тільки від роду речовини, тому виноситься дотаблиці.

Розрахункову формулу отримаємо з (1):

,

 

де m1 і m2 - маса катода до та після електролізу відповідно.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Зачистити один з електродів, промити та просушити

2. Ретельно зважити його, попередньо

перевіривши і при необхідності ЕВ відрегулювати терези.

3. Закріпити цей електрод в утримувач і запам’ятати, що він повинен бути катодом

4. Перевірити кріплення другого електрода і вставити утримувач в електролітичну ванну ЕВ.

5. Зібрати електричну схему (мал. 1).

6. Включити ключ К, за допомогою реостату встановити силу струму 1 А та помітити час.

7. Впродовж 10 хвилин пропускати струм, підтримуючи його постійним, і розімкнути коло.

8. Зняти катод з утримувача, промити, ретельно просушити та зважити.

9. Визначити електрохімічний еквівалент міді відповідно до розрахункової формули (2)

10. Установити табличне значення електрохімічного еквівалента меді і розрахувати відносну похибку вимірів

11. Заповнити таблицю і зробити висновок про зроблену роботу.

 

 

Результати вимірювань та обчислень:

Сила струму	Час	Маса катода до електролізу	Маса катода після електролізу	Електрохімічний еквівалент	Відносна похибка
І, А	t, с	m1, кг	m2, кг	Дослідне значення	Табличне значення	δ %
кг\Кл	кг/Кл

 

Обчислення:

Висновок: _________________________________

 

Контрольні питання:

 

1. Які речовини можуть бути електролітами? ____________________________________

_________________________________

2. Від чого залежить провідність електроліту? __________________________________

______________________

3. Як змінюється питомий опір електроліту з ростом концентрації розчинної речовини ___________

______________________

4. В акумуляторах використовують електроліт з сірчаної кислоти. Як його приготовляють? З концентрованої чи розбавленої кислоти він складається і чому? ____

____________________________________________

5. Які закони справедливі для електролізу?_____________________________________

____________________________________________

б. Який фізичний зміст електрохімічного еквівалента й числа Фарадея? ____________

____________________________________________

7.Вкажіть, де і для чого використовують електроліз_______________________________

__________________________________________________________________

 

 

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

 

Лабораторна робота №13

Вивчення руху заряджених частинок у магнітному полі.

 

Мета роботи: 1. Вивчити дію магнітного поля на заряджені частини, які рухаються в ньому

2. Познайомитися з його проявами в природі і використанні на практиці.

3. По даній фотографії треку частинки розрахувати невідомий параметр.

 

Короткі теоретичні відомості:

 

Магнітне поле завжди взаємодіє з другим магнітним полем. Здавна відомо про взаємодію двох постійних магнітів (наприклад, дія магніту на магнітну стрілку). Оскільки електричний струм завжди створює навкруги себе своє магнітне поле, зовнішнє магнітне поле діє на провідник зі струмом (сила Ампера); так як електричний заряд, що рухається направлено‚ представляє собою теж електричний струм, то магнітне поле діє на такий заряд з силою Лоренца (особистий випадок сили Ампера):

де u- швидкість руху зарядженої частки;

В - індукція магнітного поля;

α - кут між напрямом вектора індукції та напрямком елементарного струму, створеного часткою (при позитивному заряді напрямок струму збігається з напрямком швидкості, при негативному заряді напрямок струму протилежний напрямку швидкості)

Якщо частка влітає перпендикулярно до полю, то сила Лоренца:

а її напрямок визначається (так само, як сила Ампера) правилом лівої руки, так що напрямок сили Лоренца складає перпендикуляр до індукції поля та швидкості, а тому вона є доцентровою силою Fц і викликає доцентрове прискорення a_ц і наслідок цього заряджена частка буде рухатися по окружності радіуса R:

Порядок виконання роботи

 

1. Перекреслити фотографію треку частки в магнітному полі.

2. Враховуючи напрямок індукції поля та швидкості частки, визначити знак заряду, користуючись правилом лівої руки.

3. На малюнку показати вектори В і u в початкову мить часу.

4. З рівняння (1) виразити величину, яку треба знайти, перевірити одиницю вимірювань та розмірність.

5. Розрахувати значення використавши дані.

6. Зробити висновок щодо роботи

 

Виконання роботи:

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні питання:

 

1. На яку частку і чому діє сила Лоренца?_____________________________________

______________________

2. Як читається правило лівої руки?_____________________________________________

____________________________________________

 

 

З. Як використовується правило лівої руки для:

 

а) позитивного заряду________________________________________________________

_________________________________

б) негативного заряду ________________________________________________________

_________________________________

4. Як буде рухатися заряджена частка, якщо кут між індукцією поля і струмом

а) α = 0 º___________________________________________________________________

___________

б) α =90º ____________________________________________________________

___________________________________________________________________

в) 0º<α<90º _________________________________________________________

___________________________________________________________________

5. Де використовується явище руху частинок у магнітному полі? ___________________

__________________________________________________________________

 

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

 

 

Лабораторна робота № 14

Дослідження роботи трансформатора.

Мета роботи: 1. Поглибити знання з явищ електромагнітної індукції і самоіндукції та їх практичного використання

2. Розглянути на досліді будову і призначення трансформатора, його роботу та застосування.

3. Дослідити роботу трансформатора в різних режимах.

Обладнання: - трансформатор

- джерело змінної напруги;

- омметр;

- два амперметри;

- два вольтметри;

- лампа накалювання;

- з’єднувальні провідники.

 

Короткі теоретичні відомості:

.

Змінний струм порівняно з постійним струмом має важливі переваги: напругу змінного струму легко можна змінити за допомогою явища електромагнітної індукції. Пристрой, який змінює напругу, і відповідно, силу змінного струму, називається трансформатором. Він складається з замкненого феромагнітного сердечника, на якому є дві (та й більше) ізольованих одна від одної обмоток. Одна з них, яка вмикається в коло з даною напругою, називається первинною, а вторинна обмотка з потрібною напругою з’єднується зі споживачем.

Первинна обмотка створює всередині себе змінний магнітний потік, який концентрується в сердечнику, і тому в кожному витку навколо сердечника наводиться ЕРС індукції, і чим більше витків має обмотка, тим більше ЕРС індукції на її кінцях, т.щ. ЕРС індукції в обмотках прямо пропорційна числу витків. Таким чином, у первинній обмотці з числом витків N1, завдяки самоіндукції, виникає ЕРС ε₁, а у вторинній обмотці з числом витків N2 наводиться ЕРС індукції ε₂, тоді

де k – коефіцієнт трансформації

Якщо вторинна обмотка не підключена до споживача, то такий режим роботи трансформатора називається холостим.

У первинній обмотці

де U₁ – напруга джерела на первинній обмотці;

І₁ r₁ – падіння напруги на первинній обмотці;

Мал. 1 І₁ – сила споживаного первинною обмоткою струму

r – її опір.

Оскільки при холостому режимі струм у вторинній обмотці І₂ відсутній, то напруга на її кінцях U₂ = ε_2. У робочому режимі трансформатора вторинна обмотка, яка підключена до споживача, є джерелом з ЕРС ε₂ і внутрішнім опором r₂ (опором вторинної обмотки). Навантаження (споживач) вживає струм I₂ при напрузі U₂. Тоді

ε₂ = І₂ r₂ + U₂

мал.2

Порядок виконання роботи

І. Дослідження холостого режиму роботи трансформатора

1. Виміряти омметром опір обмоток r₁ і r₂ і записати їх значення в таблицю.

2. Зібрати схему (мал. 1).

3. Підключити первинну обмотку I до джерела змінного струму.

4. Увімкнути джерело живлення и виміряти напругу U_{1 и} U₂ на обмотках і силу струму I1, в первинній обмотці.

5. За вимірами розрахувати ε_{1 та} ε₂ . Визначити коефіцієнт трансформації k1.

б. У схемі (мал.1) поміняти обмотки місцями.

7. Виконати пункти З і 4.

8. Розрахувати коефіцієнт трансформації k2.

9. Перевірити співвідношення

II. Дослідження робочого режиму трансформатора.

1. Зібрати схему (мал. 2), підключивши як навантаження R електричну лампу накалювання.

2. Підключити первинну обмотку I до джерелу змінного струму.

3. Зняти показання приладів І₁; U_1, І_2,U₂,. Їх значення записати в таблицю.

4. Порівняти ці значення зі значеннями при холостому режимі.

5. Розрахувати коефіцієнт трансформації k3 і перевірити його відповідно до значення k2.

б. Зробити висновок щодо проведеної роботи.

 

Результати вимірювань та обчислень:

№ п\п	Первинна обмотка	Вторинна обмотка	Коефіцієнт трансформації
r1	U1	I1	ε1	r2	U2	I2	ε2
ом	В	А	В	Ом	В	А	В

 

Обчислення:

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні питання:

1. Як формулюється явище електромагнітної індукції?____________________________

_________________________________

2. Чим відрізняються явищаелектромагнітної індукції і самоіндукції? ______________

_________________________________

3. Що представляє собою трансформатор і навіщо він потрібен? ___________________ _______________________________________________________

 

4.З чого складається трансформатор?___________________________________________

____________________________________________

5. Які явища покладено в основу роботи трансформатора?_______________________

_________________________________

6. Навіщо трансформатору потрібен сердечник?_________________________________

______________________

7. Чому сердечник трансформатора набирають з тонких пластин?__________________

______________________

8. Чи буде працювати трансформатор при цільному сердечнику?_________________

______________________

9. Що станеться, якщо при працюючому трансформаторі розімкнути сердечник?

______________________

10. Які сердечники можуть бути цільними і в якому випадку сердечник може бути не замкненим? ______________________________________________________________

_________________________________

11. Що станеться, якщо первинну обмотку включити в коло постійного струму з такою ж напругою, як у змінного струму? _____________________________________

______________________

12. Чим відрізняється напруга від ЕРС у первинній обмотці? Напишіть їх зв’язок. _______________________________________________________

13. Якщо трансформатор має декілька обмоток, то яку обмотку можна використовувати як первинну? ________________________________________________

_________________________________

14. Що собою представляє коефіцієнт трансформації? Як підрозділяються

трансформатори за коефіцієнтом трансформації? ________________________________

_________________________________

15. Навіщо потрібен трансформатор з коефіцієнтом трансформації k=1 _____________

_________________________________

 

 

16. Наведіть найбільш важливі випадки застосування трансформатора.___________

_________________________________________ ______________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

 

 

Лабораторна робота №15.

Основи радіозв’язку та зборка детекторного приймача.

Мета роботи: 1. Закріпити знання природи та властивостей електромагнітних хвиль.

2. Детально ознайомитися з отриманням електромагнітних хвиль

3. Розглянути деталі простішого радіоприймача та їх призначення.

4. Зібрати детекторний приймач.

Обладнання: - антена;

- заземлення;

- коливальний контур;

- детектор;

- блокуючий конденсатор;

- телефон (навушники);

- монтажна панель

- з’єднувальні провідники.

Короткі теоретичні відомості:

 

Незатухаючі електромагнітні коливання, які збуджуються генератором, виникають у коливальному контурі, який складається з котушки індуктивністю L i конденсатора ємністю С. При цьому електричні величини (заряд, напруга, напруженість поля) і магнітні величини (сила струму в котушці, індукція магнітного поля, магнітний потік) змінюються з часом з дуже великою частотою. Однак електричне поле буде в основному знаходитися між пластинами конденсатора, а магнітне поле всередині котушки, і тому такий контур називається закритим, а випромінювання електромагнітних хвиль майже не відбувається. У відкритому коливальному контурі роль конденсатора грає антена і поверхня Землі. Тоді в просторі існує й електричне, і магнітне змінні поля і, відповідно, відбувається випромінювання електромагнітної хвилі. Щоб передати яку-небудь інформацію (наприклад: хвилі звукової частоти — звук) необхідно накласти цю інформацію на високочастотну електромагнітну хвилю (несуча частота). Цей процес носить назву модуляція, а відбувається він в спеціальному пристрої — змішувачі. Використовують два засоби модуляції: амплітудну АМ, коли амплітуда несучої хвилі змінюється в такт зі звуковими коливаннями, і частотну FМ, коли, відповідно до коливань звукової частоти змінюється частота несучої хвилі (див. мал. 1).

Розглянемо принципи прийому амплітудно - модульованих хвиль на схемі детекторного приймача

 

 

електромагнітні звуковий амплітудно - частотно –

коливання, сигнал модульована модульована

які збуджуються електромагнітна електромагнітна

генератором хвиля хвиля

 

мал. 1

 

мал.. 2

 

При прийомі електромагнітних хвиль потрібен закритий коливальний контур, який підключається з однієї сторони до антени, а з другої — до заземлення. В антені, яка в простішому випадку складається з довгого прямолінійного провідника, під дією несучої хвилі виникають електричні коливання такої ж частоти. За принципом суперпозиції всі електромагнітні хвилі збуджують в антені свої коливання — антена „ловить” хвилі всіх частот. Завдяки резонансному контуру в результаті електричного резонансу виділяється тільки одна хвиля такої частоти, яка збігається з частотою особистих коливань контуру. Через те що контур має конденсатор змінної ємності, можна змінювати частоту змінюючи ємність особистих коливань контуру, що дозволяє настроювати контур на хвилі різних частот.

Таким чином, виділяється амплітудно - модульований сигнал однієї частоти, який подається на детектор Д, необхідність в якому така. З великої частоти несучої хвилі її амплітуда модулюється в позитивні та в негативні півперіоди. Таким чином, амплітудно модульований сигнал (див. мал. 2) має дві низькочастотні — зверху і знизу.

Роль детектора і полягає в тому, щоб відокремити тільки одну складову звукового сигналу, а працює він як звичайний діод, пропускаючи тільки один півперіод (див. сигнал після детектора).

Детектований сигнал, який включає і сигнал ВЧ, і сигнал НЧ, поступає на телефон (навушники) і на блокуючий конденсатор Сб паралельно з’єднаний з навушниками. Навушники мають великий опір для високої частоти і тому пропускають тільки сигнал низької частоти - звуковий сигнал або сигнал інформації. Конденсатор же навпаки, має дуже великий опір для сигналу низької частоти, а високочастотний сигнал проходить крізь конденсатор і заземляються. Таким чином, відбувається розділення сигналів і крізь навушники ми чуємо звук.

 

Порядок виконання роботи

1. Накреслити і вивчити електричну схему детекторного приймача.

2. Розглянути всі її деталі на схемі і в наборі для лабораторної роботи і їх призначення.

3. Послідовно вивчити форму електричного сигналу, починаючи з антени і до телефона.

4. Зібрати детекторний приймач.

Схема:

 

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні питання:

 

1. Чому в коливальному контурі виникають незатухаючі електромагнітні коливання?_________________________________________________________________

_________________________________

2. Який контур може створити електромагнітні хвилі?____________________________

_________________________________

3. Пояснити призначення і принцип модуляції.____________ ______________________

_________________________________

4. Чим відрізняється процес розповсюдження довгих (ДХ), середніх (СХ), коротких (КХ) і ультракоротких (УКХ) хвиль? Що означає „зона мовчання”? _______________________________________________________

5. Які електромагнітні хвилі приймає антена?____________________________________

______________________

б. Яким чином відокремлюються хвилі тільки однієї частоти (однієї станції)? _________________________________

7. У чому полягає процес детектування?_________________________________________

_________________________________

8. Якої частоти сигнал після детектора?_________________________________________

_________________________________

9. Як виділяється низькочастотний сигнал (сигнал інформації)? ___________________

_________________________________

10. За рахунок якої енергії працює детекторний приймач? _________________________

____________________________________________

 

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

Лабораторна робота №16

Визначення показника заломлення скла.

Мета роботи: 1. Закріпити знання про явища, які відбуваються при переході світла з одного середовища в інше.

2. Шляхом досліду визначити показник заломлення скла та порівняти його значення з табличним

Обладнання: - скляна прямокутна пластина

- планшет;;

- чотири булавки;

Короткі теоретичні відомості:

В однорідному середовищі швидкість світла постійна, і промінь світла розповсюджується прямолінійно. При переході межі розділу двох середовищ промінь переломлюється, тому що швидкість світла різна. Припустимо, промінь світла йдее з оптично менш щільного середовища, де швидкість світла u1 більша, в оптично більш щільне середовище, де швидкість світла u2 менша (для зручності ми взяли два промені). Фронт хвилі завжди перпендикулярний напрямку розповсюдження і переміщується паралельно. Таким чином, розповсюджуючись в першому середовищі, в якусь мить часу фронт досягне положення АВ. З цього моменту точка А фронта хвилі буде розповсюджуватися в другому середовищі, а точка В продовжує розповсюджуватися в першому середовищі.

в

а

В a a

 

А А

 

b

 

 

мал..1 мал.2 Вид на грань мал..3

 

За час t точка В пройде шлях ВС= ט₁ t, а точка А за цей же час пройде шлях АD = ט ₂ t

Так як ט₂< ט₁ , то АD<ВС, і фронт хвилі в другому середовищі буде займати положення DC; оскільки промені в іншому середовищі a¢ i b ¢ перпендикулярні фронту DС, то вони заломляться до перпендикуляру, встановленого до границі розділу двох середовищ так, що кут падіння промеінів α буде більшим за кут заломлення β (мал..1).

Якщо ж промінь світла буде іти навпаки з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне середовище, то він буде заломлюватися від перпендикуляру, і в цьому випадку кут заломлення β буде більшим за кут падіння α.

Відношення синуса кута падіння до синусу кута заломлення є величиною постійною для двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (п _2,1 )

Відносний показник заломлення дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення:

Абсолютний показник заломлення будь-якого середовища п визначається як відносний, якщо промінь буде рухатися з вакууму в це середовище, або представить собою відношення швидкості світла в вакуумі до швидкості світла в даному середовищі:

Оскільки повітря має показник заломлення дуже близький до одиниці, як для вакууму, то, якщо промінь світла рухається з повітря в будь-яке середовище, можна прийняти що, ми отримаємо абсолютний показник заломлення середовища.

Порядок виконання роботи

 

Увага! Ця робота потребує акуратності та уваги!

 

1. Аркуш паперу в клітку положити на планшет.

2. На середину листа положити скляну пластинку так, щоб верхня грань збіглася з горизонтальною лінією паперу.

3. Окреслити олівцем контури пластинки. Намагатися, щоб надалі пластинка не змінила свого положення.

4. Притискаючи пластинку рукою, на відстані 1/3 довжини верхньої грані від її початку вколоти вертикально в лист першу булавку, в точку перехрещення вертикальної і

горизонтальної ліній паперу в клітку.

5. По діагоналі кліток від цієї точки вліво вверх на мінімальну відстань, наскільки дозволяє аркуш паперу, вколоти другу булавку.

б. Обережно підняти планшет, тримаючи його горизонтально, (пластинка не повинна зміститися!,) подивіться на обидві булавки через нижню грань пластинки.

7. Заплющити одне око, а другим дивитися на булавки поверх пластинки і, повертаючи планшет, сумістити їх - вони повинні бути на одній лінії.

8. Подивіться в цьому положенні скрізь товщу пластинки. На грані буде зображення нижньої частини булавок у вигляді вертикальної риси.

9. Перевірити збіг булавок поверх пластинки, а там, де розташована риска, на грані пластинки вколоти третю булавку, не торкаючись пластинки.

10. Взяти четверту булавку і вколоти її на максимальній відстані, наскільки дозволяє аркуш, від третьої булавки так, щоб вони збігалися, одночасно перевірити збіг 1 і 2 булавок (див. мал..2).

11. Олівцем відмітити положення булавок.

12. Зняти пластинку, зняти лист.

13. Через точки положень булавок 1 і 2 провести пряму до перехрещення з верхньої грані в точці А - падаючий промінь.

14. Через точки положення булавок 3 і 4 провести пряму до перехрещення з нижньою гранню в точці В – проміні які пройшли крізь пластинку.

15. З’єднати точки АВ- це заломлений промінь.

16. Через точку А провести перпендикуляр до верхньої грані пластинки і на ньому відкласти по різні сторони від точки А рівні відрізки АС и АВ (5-6 кліток паперу).

17. З точки С на падаючий промінь опустити перпендикуляр СМ.

18. З точки В на заломлений промінь опустить перпендикуляр DN.

19. Виміряти довжину відрізків СМ і DN (мал.3)

20. Розрахувати показник заломлення скла:

21. Зробити висновок про виконану роботу.

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні запитання:

 

1. Чому промінь світла при переході межі розділу двох середовищ заломлюється і куди?______

_________________________________

2. Що представляють з себе відносний та абсолютний показники заломлення? _______

____________________________________________

3. Яке середовище називається оптично більш щільним?_____________ _____ _____

4. Як заломлюється промінь, який рухається з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне?______________________________________________________ ____________________________________________

5. У чому полягає явище повного внутрішнього заломлення? Де воно використовується? __________________________________________________________

_______________________________________________________

 

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

Лабораторна робота №17.

Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

Мета роботи: 1. Поглибити знання про хвильові властивості світла.

2. Розглянути явище дифракції і її практичне застосування за допомогою дифракційної решітки.

2. На досліді познайомитися з дифракційними спектрами і експериментально визначити довжину хвиль світла.

Обладнання: - прилад для спостереження дифракційних спектрів

- дифракційна решітка;

- джерело світла.

 

Короткі теоретичні відомості:

 

Дифракція світла —це явище огинання світловими хвилями перешкоди і попадання їх в область геометричної тіні. Дифракція приводить до відхилення променів від початкового напрямку і до порушення закону прямолінійного розповсюдження світла.

Найбільш виразно дифракція спостерігається тоді, коли розміри перешкоди (або отвір,

 

 

або непрозорий диск) порівняний з довжиною

хвилі світла.

На явищі дифракції полягає дія дифракційної решітки, яка представляє звичайно прозору пластинку з нанесеним на ній рядом дуже вузьких паралельних прозорих

мал.1 і непрозорих смуг, які чергуються (мал.1).

Якщо ширина прозорих смуг дорівнює а, а ширина непрозорих смуг — b, то величина:

дифракційна називається періодом решітки і звичайно

решітка представляє соті долі міліметра.

лінза Припустимо, на дифракційну решітку (мал.2)

падають нормально світові проміні, які мають

хвильовий фронт, паралельний площині

решітки. В якусь мить часу він досягне

положення щілини решітки. За принципом

екран Гюйгенса-Френеля кожна точка фронту хвилі є

червоний. Р фіол. фіол червоний. самостійним джерелом вторинних

промінь пром. пром. промінь когерентних хвиль і тому починає

випромінювати світло під різними кутами

дифракції φ вліво и вправо,

Побічні центральний

максимуми максимум

 

мал.2 Тоді всі вторинні промені, дифраговані під

конкретним кутом φ, будуть збиратися в точці Р лінзи. Ми будемо спостерігати інтерференцію дифрагованих промінів.

Залежно від різниці ходу променів ∆r в точці Р промені, накладаються один на одного і дадуть максимум або мінімум світла. Максимум буде у випадк, коли:

,

де λ – довжина світової хвилі;

k – порядок максимуму (k=0 коли φ=0 – центральний максимум; k=1 – перший побічний максимум).

Це рівняння носить назву рівняння дифракційної решітки.

Якщо решітку освітлювати не монохроматичним, а білим світлом, то в межах одного і того ж максимума (к= const)

а червоний промінь сильніше дифрагує, ніж

фіолетовий. В результаті утворюється

дифракційний спектр у кожному побічному

максимумі з симетрично розташованими

лініями відносно центрального максимуму.

дифракційна В експериментальному пристрої

решітка параллельний пучок білого світла падає

нормально на дифракційну решітку, а

промеіні певної довжини хвилі λ,

дифраговані під кутом дифракції φ,

спостерігаються оком у точці Р у вигляді центральний яскравої лінії певного кольору

максимум Із умов максимуму:

мал.3 (центр шкали)

 

Оскільки відстань l від шкали до дифракційної решітки значно більша за відстань х від центру шкали до лінії, яка спостерігається, то

а з трикутника АОР:

Тоді розрахункова формула буде мати вигляд:

Порядок виконання роботи

1. Вставити дифракційну решітку з d=0,01 мм в рамку приладу.

2. Встановити екран з поперечною шкалою на другому кінці повздовжньої лінійки.

3. Дивлячись скрізь дифракційну решітку, направити прилад на джерело світла і знайти дифракційні спектри.

4. Домогтися симетрії спектрів відносно центру шкали.

5. Визначити відстань х від центру повздовжньої шкали до фіолетових, зелених та червоних променів у спектрі першого порядку.

6. Визначити відстань l від дифракційної решітки до шкали.

7. Розрахувати довжину хвиль фіолетових, зелених та червоних променів за формулою (2).

8. Виміряти х і 1 для однієї червоної лінії в спектрі 2-го порядку, розрахувати довжину хвилі червоних променів і удосконалитись в збіганні значень довжин хвиль першого та другого порядків.

9. Результати вимірювань і обчислень записати до таблицю і зробити висновки.

 

Результати вимірювань та обчислень:

№ вимірювань	Колір лінії спектра	Порядок спектра	Постійна дифракційної решітки	Відстань від дифр. решітки до шкали	Відстань від центру шкали до лінії спектра	Довжина світової хвилі
k	d	l	х	λ
-	м	м	м	м
	Червоний
	Зелений
	Фіолетовий
	Червоний

 

Обчислення:

Висновок: ____________________________________________

 

Контрольні питання:

 

1. В чому полягає принцип Гюйгенса-Френеля?_________________________________

____________________________________________

2. Для яких процесів характерні явища інтерференції та дифракції?__________________

___________

З. Що таке інтерференція?____________________________________________________

_________________________________

4. Що таке дифракція?_______________________________________________________

______________________

5. В результаті якого явища ми спостерігаємо дифракційну картину?________________

______________________

б. В яких випадках на практиці спостерігається дифракція?________________________

____________________________________________

7. Що представляє собою дифракційна решітка?_________________________________

_________________________________

8. Як записати рівняння дифракційної решітки?__________________________________

_________________________________

9. Чому при освітленні дифракційної решітки білим світлом виникає спектр? ________

_________________________________

10. Наведіть приклади використання дифракційної решітки?______________________

_________________________________

Підпис викладача:

- виконав

- здав

- зауваження:

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №18

Дослідження спектрів випромінювання речовин за допомогою спектроскопу.

Мета роботи: 1. Поглибити знання щодо виникнення, отримання та властивостей спектрів.

2. Вивчити на досліді суцільні та лінійчасті спектри, спектри випромінювання та поглинання деяких речовин.

Обладнання: - спектроскоп;

- газосвітні трубки;

- високовольтний перетворювач;

- штатив;

- світофільтри;

- спиртівка;

- азбест.

Короткі теоретичні відомості:

Ні одне з джерел (окрім лазерів) не дає монохроматичного світла (світла суворо визначеної довжини хвилі). Сукупність довжин хвиль (або частот), які вмістяться у випромінюванні будь якої речовини, називається спектром випромінювання. І. Ньютон уперше встановив, що біле світло має складну структуру. Воно складається з безмежної множини монохроматичних промінів, безперервно слідуючих один за одним, і тому він спостерігав суцільний або непреривний спектр. Ньютон умовно розділив його на сім основних ділянок за їх кольором: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, голубий, синій та фіолетовий (за зменшенням довжини хвилі). Суцільний спектр дають, будучи розігрітими, тверді, рідини та сильно стиснені гази, а також високотемпературна плазма. Розігріті атомарні гази дають лінійчастий спектр випромінювання - це набір кольорових вузьких ліній визначених частот на темному фоні. Всі речовини в атомарному вигляді дають лінійчасті спектри, а в молекулярному вигляді — смугасті спектри. Кожна смуга представляє собою сукупність дуже близько розташованих ліній - смуги між собою розділяються темними проміжками.

Якщо пропускати біле світло крізь

холодний (не випромінюючий) газ, то

на фоні суцільного спектра

Б і л е Ч е р - з’являються темні вузькі лінії

с в і т л о в о н и й означених частот. Це спектр

поглинання. Газ поглинає світло саме

тих довжин хвиль, які він випромінює

в розігрітому стані. Таким чином,

спектр поглинання за частотою

відповідає спектру випромінювання.

За походженням спектри бувають

призматичні та дифракційні.

Призматичний спектр утворюється

при проходженні променя білого

світла крізь тригранну призму (дослід

Ньютона. мал..1). Завдяки явищу

дисперсії - залежності показника

заломлення матеріалу від довжини

хвилі світла - показник заломлення

призми для червоних променів

червон. Фіол. Фіолет. червоний (велика довжина) найменший, а для

. фіолетових променів (мала

мал2 довжина хвилі) найбільший для

видимих променів. В результаті на екрані і виникає суцільний спектр. На цьому принципі побудовано прилад для спостереження спектрів – спектроскоп.

Дифракційні спектри виникають в області побічних максимумів при освітленні дифракційної решітки білим світлом (мал.2).

З рівняння дифракційної решітки (умова максимуму)

 

витікає

де d – постійна решітки, k – порядок спектру, λ – довжина хвилі, φ – кут дифракції. Якщо той же максимум то

Тому червоні промені дифрагують сильніше і кут дифракції φ більший, а фіолетові промені дифрагують слабкіше і φ є меншим. В результаті побічні максимуми і представляють собою спектр. Чим менша постійна решітки d, тим сильніше кут дифракції залежить від довжини хвилі, тим більше можна розтягнути спектр (в спектроскопі цього зробити не можна). Внаслідок цього дифракційні спектри володіють великою дозвільною спроможністю, мають значні переваги і широку область застосування.

Через те що кожний хімічний елемент в атомарному розігрітому вигляді випромінює спектр ліній означених, характерних тільки для нього частот, то дослідження лінійчастих спектрів будь-якої речовини дозволяє визначити, з яких хімічних елементів вона складається (якісний аналіз), а за інтенсивністю найбільш характерних ліній можливо судити про кількість даного елемента (кількісний аналіз).

Метод визначення якісного і кількісного складу речовини за його спектром називається спектральним аналізом, який широко застосовується в промисловості, наприклад, у металургійному виробництві, в гірничій промисловості при пошуках корисних копалин та інші. Перевагою спектрального аналізу є дуже висока чутливість, простота й швидкість отримання результатів. Спектральний аналіз дозволив визначити склад небесних тіл, віддалених від Землі на мільярди світових років, їх температуру і швидкість руху.

Порядок виконання роботи

1. Розташувати спектроскоп так щоб у нього потраплялоденне світло, спостереження суцільного спектру було яскравим та чітким.

2. Розмістив перед спектроскопом світові фільтри спостерігати спектри поглинання.

3. Розмістити спиртівку перед щілиною коліматора спектроскопа. Внести в полум’я спиртівки азбест, який замочено в розчині поваренної солі і спостерігати спектр випромінювання натрію.

4. Розмістити проти щілини коліматора газосвітну трубку