Упражнение №2. Определение температуры тела

1. Убрать плитку и вытащить конец термопары из воды, высушить его.

2. Прикоснуться к концу термопары ладонью и снять показания гальванометра E_t.

3. Определить температуру ладони t_т, используя градуировочный график. Для этого по оси ординат в заданном масштабе откладывается величина E_т, из этой точки восстанавливается перпендикуляр до пересечения с графиком, и из этой точки опускается перпендикуляр на ось абсцисс.

По оси абсцисс определяется разность температур Δt. Температура ладони определяется по формуле:

.

4. Определить температуру ладони t_t, используя формулу термоЭДС:

;

.

Отсюда:

.

5. Полученные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2.

Eт (mB)	tт0 C

Контрольные вопросы

1. Проводимость металлов и полупроводников.

2. Контактные явления в металлах и полупроводниках.

3. Механизм возникновения внешней контактной разности потенциалов.

4. Механизм возникновения внутренней контактной разности потенциалов.

5. Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках.

6. Механизм возникновения термоЭДС.

7. Явление Пельтье.

8. Термопары и термисторы.

9. Как определить температуру тела:

а) используя градировочный график;

в) используя формулу для термоЭДС.

10. Преимущества термопар перед другими методами определения темпера-
туры в медицине.

 

 

Тестовые задания

1. Чему равна величина термоЭДС, если К_ср = 2, температура t₂ = 28 ⁰C, t₁ = 20 ⁰C:

а) 18 мВ;

б) 24 мВ;

в) 16,8 мВ;

г) 16 мВ;

д) 20 мВ.

 

2. По формуле найти температуру тела, если E_T = 16мВ, К_ср =2, t₁ = 20:

а) 24 ⁰С;

б) 32 ⁰С;

в) 36 ⁰С;

г) 40 ⁰С;

д) 28 ⁰С.

 

3. Чему равна величина термоЭДС, если К_ср =2, температура t₂ = 30 ⁰C, t₁ = 18 ⁰C:

а) 20 мВ;

б) 28 мВ;

в) 24 мВ;

г) 22 мВ;

д) 34 мВ.

 

4. Чему равна постоянная термопары (к), если Е = 16 мВ, t₂ = 24 ⁰C, t₁ = 20 ⁰C:

а) 10 ;

б) 4 ;

в) 5,1 ;

г) 6 ;

д) 3 .

 

5. Определите температуру тела, используя градуировочный график, если
Е_Т = 5 мВ, t₁ = 21 ⁰С

6.

а) t_T = 27⁰C;

б) t_T = 23,9⁰C;

в) t_T = 18,1⁰C;

г) t_T = 36,6⁰C;

д) t_T = 42⁰C.

 

7. Суммарная контактная разность потенциалов в схеме

 

 

 

Варианты ответов:

а) 1;

б) 3;

в) 1.5;

г) 0;

д) 5.

 

8. Концентрация свободных электронов равна концентрации дырок:

a) в полупроводниках n–типа;

б) в полупроводниках p-типа;

в) в чистых полупроводниках.

 

9. Контактная разность потенциалов образуется:

a) в полупроводниках n-типа;

б) в полупроводниках р-типа;

в) в области р - n перехода;

 

10. Какие вещества имеют только электронный тип проводимости:

а) металлы;

б) полупроводники;

в) электролиты;

 

11. Термистор относится к виду устройств съема информации, общее
название которых:

a) датчики-преобразователи генераторного типа;
б) датчики-преобразователи параметрического типа;
в) энергетические датчики-преобразователи;
г) биоуправляемые датчики-преобразователи;
д) электроды.

 

 

Лабораторная работа №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА

Цель работы. Научить студентов работать с рефрактометром, охарактеризовать явление рефракции и овладеть ее законами.

Актуальность. Измерение показателя преломления биологических жидкостей (плазмы крови, глазной жидкости, ликвора и т.д.) проводится с диагностической целью. По величине показателя преломления можно определить содержание гликогена в мышцах и печени. Явление полного внутреннего отражения лежит в основе световолоконной оптики.

Приборы и принадлежности: рефрактометр, вода, спирт, растворы разной концентрации, пипетка.

 

Теоретическая часть

Оптические явления на границе раздела двух сред. Световая волна, падающая на поверхность раздела двух сред, частично отражается от нее, возвращаясь в первую среду, частично проходит во вторую. Изменение направления распространения света при переходе из одной прозрачной среды в другую называется преломлением или рефракцией света.

При описании многих явлений, связанных с распространением световых волн, удобнее использовать более простое геометрическое представление, чем волна, - световой луч. Световым лучом называют бесконечно узкий пучок электромагнитных волн, совпадающий с направлением распространения волны. Линии, вдоль которых распространяются отраженный и преломленный пучки света, называются отраженными и преломленными лучами (рис. 1).

 

 

 

Рис. 1. Отражение и преломление света на границе раздела двух сред.

Узкий пучок света (а), направленный из первой среды к границе

раздела со второй средой, частично отражается от поверхности

(b) и частично проникает во вторую среду (с).

 

Угол i между лучом и перпендикуляром, восстановленным к границе двух сред в точке падения (А), называется углом падения. Угол i₁ между отраженным лучом и перпендикуляром к границе двух сред в точке падения – угол отражения. Угол r между преломленным лучом и перпендикуляром к границе двух сред в точке падения – угол преломления.

Различают отражения зеркальное и диффузное. Зеркальным называется отражение, при котором падающий на поверхность параллельный пучок лучей остается параллельным (рис. 2а). Диффузным называется отражение, при котором падающий параллельный пучок рассеивается (рис. 2б). Соответственно различают зеркальные (достаточно гладкие) и матовые (рассеивающие) поверхности.

 

 

 

Рис. 2. Вид отражения: а - зеркальное, б - диффузное.

 

Законы отражения света.

1. Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.
3. Падающий и отраженный лучи обратимы: если падающий луч направить по пути отраженного луча (рис. 1b), то отраженный луч пойдет по пути падающего луча (рис.1а).

Законы преломления света.

1. Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной пары сред. Эта постоянная называется показателем преломленияn₂₁ второй среды относительно первой: .
3. Луч света, падающий на поверхность раздела двух сред перпендикулярно поверхности, проходит в другую среду, не преломляясь.
4. Падающий и преломленный лучи обратимы: если падающий луч направить по пути преломленного луча (рис.1d), то преломленный луч пойдет по пути падающего луча (рис.1а).

Физический смысл показателя преломления. Свет преломляется вследствие изменения скорости его распространения при переходе из одной среды в другую. Показатель преломления второй среды относительно первой численно равен отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде:

.

Таким образом, показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в той среде, из которой луч выходит, больше (меньше) скорости света в той среде, в которую он входит.

Поскольку скорость распространения электромагнитных волн в вакууме постоянна, целесообразно определить показатели преломления различных сред относительно вакуума. Отношение скорости с распространения света в вакууме к скорости распространения его в данной среде называется абсолютным показателем преломления данного вещества () и является основной характеристикой его оптических свойств,

,

т.е. показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению абсолютных показателей этих сред.

Обычно оптические свойства вещества характеризуются показателем преломления n относительно воздуха, который мало отличается от абсолютного показателя преломления. При этом среда, у которой абсолютный показатель больше, называется оптически более плотной.

Предельный угол преломления. Если свет переходит из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления (n₁ < n₂), то угол преломления меньше угла падения

r < i (рис.3).

 

Рис. 3. Преломление света при переходе

из оптически менее плотной среды в среду

оптически более плотную.

 

При увеличении угла падения до i_m = 90° (луч 3, рис.2) свет во второй среде будет распространяться только в пределах угла r_пр, называемого предельным углом преломления. В область второй среды в пределах угла, дополнительного к предельному углу преломления (90° - i_пр), свет не проникает (на рис.3 эта область заштрихована).

Предельный угол преломления r_пр определяется согласно условию:

 

, но sin i_m = 1, следовательно .

Явление полного внутреннего отражения. Когда свет переходит из среды с большим показателем преломления n₁ > n₂ (рис.4), то угол преломления больше угла падения. Свет преломляется (переходит в вторую среду) только в пределах угла падения i_пр, который соответствует углу преломления r_m = 90°.

 

Рис. 4. Преломление света при переходе из оптически более плотной среды в среду

оптически менее плотную.

 

Свет, падающий под большим углом, полностью отражается от границы сред (рис. 4 луч 3). Это явление называется полным внутренним отражением, а угол падения i_пр – предельным углом полного внутреннего отражения.

Предельный угол полного внутреннего отражения i_пр определяется согласно условию:

, то sin r_m=1, следовательно, .

Если свет идет из какой-либо среды в вакуум или в воздух, то

.

Вследствие обратимости хода лучей для двух данных сред предельный угол преломления при переходе из первой среды во вторую равен предельному углу полного внутреннего отражения при переходе луча из второй среды в первую.

Предельный угол полного внутреннего отражения для стекла меньше 42°. Поэтому лучи, идущие в стекле и падающие на его поверхность под углом 45°, полностью отражаются. Это свойство стекла используется в поворотных (рис.5а) и оборотных (рис. 4б) призмах, часто применяемых в оптических приборах.

 

 

Рис. 5: а – поворотная призма; б – оборотная призма.

Волоконная оптика. Полное внутреннее отражение используется при устройстве гибких световодов. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна (рис.6).

Рис.6. Прохождение света внутри прозрачного волокна, окруженного веществом

с меньшим показателем преломления.

Для передачи больших световых потоков и сохранения гибкости светопроводящей системы отдельные волокна собираются в пучки – световоды. Раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по светопроводам, называют волоконной оптикой. Этим же термином называют и сами волоконно-оптические детали и приборы. В медицине световоды используют для освещения холодным светом внутренних полостей и передачи изображения.

Практическая часть

Приборы для определения показателя преломления веществ называются рефрактометрами (рис.7).

 

Рис.7. Оптическая схема рефрактометра.

1– зеркало, 2 – измерительная головка, 3 – система призм для устранения дисперсии, 4 – объектив, 5 – поворотная призма (поворот луча на 90⁰), 6 – шкала (в некоторых рефрактометрах

имеются две шкалы: шкала показателей преломления и шкала концентрации растворов),

7 – окуляр.