Комплект приладів для дослідів з інфрачервоними променями


с. 1
Комплект приладів для дослідів з інфрачервоними променями

Набір пристроїв служить для демонстрації основних властивостей та деяких застосувань інфрачервоних променів при вивченні в шкільному курсі фізики, зокрема таких тем : шкала електромагнітних хвиль, властивості електромагнітних хвиль, модуляція і демодуляція, напівпровідникові прилади та їх застосування.

Комплект можна використати для самостійної дослідницької роботи учнями, на заняттях фізико-технічного гуртка, при проведенні вечорів цікавої фізики.

В комплект входять:



  1. Лампочка розжарення на підставці (50 Вт, 220 В).

  2. Випромінювач інфрачервоних променів на світлодіодах .

  3. Приймач ІЧ-випромінювання на фотодіоді.

  4. Підсилювач постійного струму.

  5. Підсилювач низької частоти з гучномовцем.

  6. Генератор низької частини на транзисторах.

  7. Звуковий генератор від мелодійного дзвінка.

  8. Фільтр пропускання інфрачервоних променів (ебонітова пластина товщиною 0,4 мм).

  9. Фільтр поглинання IЧ-променів.

  10. Модель теплопеленгатора.

  11. Електронне реле на транзисторах.

  12. Лінза на підставці

  13. Скляна трапецієвидна призма.

  14. Фотодіод з екраном.

  15. Мікроамперметр на 100 мкА.

  16. Електронний регулятор потужності .

Під час проведення окремих демонстрацій використовується стандартне обладнання фізкабінету (демонстраційний гальванометр, електронний осцилограф , фосфорисцентний екран, проекційний апарат та ін.)

Коротка характеристика деяких основних вузлів комплекту.

Лампочка розжарювання (50 Вт , 220 В) змонтована на підставці разом із сферичним дзеркалом служить джерелом інфрачервоного випромінювання. Живиться через електронний регулятор потужності.

Випромінювач IЧ-променів являє собою 4 світлодіоди, що працюють у інфрачервоного діапазоні, з’єднані паралельно. Живиться через обмежувальний резистор від джерела постійної або напруги звукової частоти.

Приймачем інфрачервоного випромінювання служить фотодіод ФД26К, вмонтований у фокусі сферичного дзеркала.

Підсилювач постійного струму (рис. 1) складено за балансною схемою на транзисторах КТ209В.

Резистори R1, R2- 13К, R3, R4 – 500 Ом, R4- 560 Ом. Живиться підсилювач від батарейки 4,5 В.

Підсилювач низької частоти від переносного мегафона змонтований в одному корпусі з гучномовцем служить для приймання модульованих сигналів. Живиться від мережі 220 В.

Генератор низької частоти (рис.2) складено на одноперехідному транзисторі VT1 (KT117А) з підсилювачем потужності на транзисторі VT2 (ГТ404В).

До клем S1 під час дослідів приєднується датчики температури, освітленості, тиску тощо. Живиться генератор від одної батареї «Крона».

Електронне реле (рис.3) живиться від мережі 220 В. До клеми S1 підєднується датчики – фотодіод, фоторезистор, терморезистор.

Електромагнітне реле РЭС- 6 паспорт з опором обмотки Ом. Трансформатор від блоків живлення антенних підсилювачів з вихідною напругою 18 В.

Модель теплопеленгатора являє собою фотореле, що керує електродвигуном пошукової системи.

Фотореле складено на транзисторі КТ209В та поляризованому реле РПС – 13 (рис.4).

Живиться модель від одної батареї «Крона».



Демонстрації і досліди з використанням комплекту

  1. Виявлення інфрачервоних променів в суцільному спектрі.

За допомогою проекційного ліхтаря та трьохгранної призми одержуємо суцільний спектр на екрані. Екран являє собою білу пластмасову пластинку розмірами 20х5 см, в центрі якої розташовано фотодіод ФД-256. Фотодіод через підсилювач постійного струму під’єднується до демонстраційного гальванометра (фото 2).

Повільно пересуваємо екран в напрямі перпендикулярному до світлових променів так, щоб фотодіод почергово попадав в різні ділянки спектру, виходячи аж за червону. У цьому положенні екран залишаємо, а на шляху світлового пучка ставимо фільтри – спочатку фільтр поглинання червоних променів, а потім фільтр, що затримує видиме випромінювання і пропускає інфрачервоне.



  1. Демонстрація світлодіода інфрачервоного випромінювання.

Випромінювач на світлодіодах ІЧ-діапазону підключаємо до джерела живлення напругою 4 В. На відстані 1-1,5 м ставимо приймач, під’єднавши через підсилювач постійного струму до демонстраційного гальванометра (фото 3) .Спостерігаємо відхилення стрілки приладу. На шляху пучка ставимо по черзі фільтри пропускання і поглинання інфрачервоних променів

. Випромінювання світлодіодів інфрачервоного діапазону зручно фіксувати, попередньо промодулювавши промінь сигналом звукової частоти.

Випромінювач на фотодіодах під’єднується до виходу звукового генератора. Приймач випромінювання підключаємо до входу підсилювача низької частоти з гучномовцем (фото 3). Перемикач генератора має два положення: «К»- контроль і «П» – передача. Ставимо перемикач в положення «К» і демонструємо роботу звукового генератора. Перевівши перемикач в положення «П» показуємо передачу звукового сигналу за допомогою інфрачервоних променів.



Демонстрації описані в п. 3-8, можна проводити в двох варіантах з використанням гальванометра або звукового генератора з ПНЧ.

  1. Дослідження поглинання і пропускання інфрачервоних променів різними тілами.

Випромінювач ІЧ-променів в цих дослідах може служити лампа розжарювання з ебонітовим фільтром або світлодіодний випромінювач. Для приймання випромінювання використовуємо фотодіод із сферичним дзеркалом, підсилювач постійного струму і гальванометр. На шляху світлового пучка ставимо пластинки, тонкі аркуші паперу, листки ебоніту, відфільтрований розчин хімічних сполук різної концентрації тощо. У кожному випадку за показами гальванометра можна судити про ступінь поглинання (пропускання) ІЧ-випромінювання відповідним середовищем.

  1. Прямолінійність поширення інфрачервоних променів.

Демонстрація проводимо так як описано в п. 2 . На шляху пучка ставимо непрозорий екран. Показуємо, що в межах геометричної тіні прийому інфрачервоним променів не спостерігається.

  1. Відбивання ІЧ-променів

Пучок інфрачервоного випромінювання спрямовуємо на дзеркало так, щоб після відбивання він потрапив у приймач (фотодіод із сферичним дзеркалом). Змінюючи положення дзеркала, слід добитись максимального відхилення стрілки гальванометра або максимальної гучності звуку. Щоб продемонструвати відбивну здатність різних матеріалів, дзеркало замінюємо листком паперу, пластмаси тощо.

  1. Заломлення інфрачервоних променів.

Використовуються ті ж прилади, що й в досліді 5. На місце дзеркала ставимо трьохгранну або трапецієвидну скляну призму (фото 4). Кут падіння слід підібрати так, щоб приймач фіксував максимальне значення сигналу.

  1. Повне внутрішнє відбивання ІЧ-променів.

П
учок ІЧ-променів направляємо по радіусу скляного півциліндра з шкільного набору з оптики на його плоску грань (рис 5 ). З другої сторони ставимо приймач ІЧ-променів.

Можна використати і трапецієвидну призму (рис. 6).

За допомогою рівнобедреної прямокутної призми показуємо дію поворотної (рис. 7) та розворотної (рис. 8) призм для ІЧ-випромінювання.


  1. Фокусування і розсіювання ІЧ променів лінзами.

Модульований пучок променів направляємо на фотодіод ввімкнений до входу підсилювача низької частоти. На шляху променів ставимо збірну лінзу, попередньо визначивши її фокусну відстань. Змінюючи взаємне положення лінзи, джерела та приймача ІЧ-променів, добиваємося фокусування (рис. 9) або розсіяння (рис. 10) пучка.

Про те можна судити по збільшенню або зменшенню гучності звукового сигналу. Дослід можна провести з використанням підсилювача постійного струму і демонстраційного гальванометра



  1. Гасіння фосфорисценції

Фосфорисцентний екран освітлюємо протягом кількох секунд потужним світловим потоком проекційного ліхтаря або ультрафіолетовими променями. На екран накладаємо металеву пластинку, підносимо екран на 5-10 секунд до джерела інфрачервоних променів. Знімаємо пластину з екрану. На погаслому екрані продовжує світитися ділянка, де була розташована пластинка.

  1. Теплова дія інфрачервоних променів.

Д
ля демонстрації використовується саморобний болометр. Він являє собою невелику скляну пляшечку з-під медикаментів, в яку за допомогою гумового корка вставляється скляна трубка з краплею підфарбованої води (рис. 11). Перед дослідом пляшку слід зачорнити, вкривши її шаром копоті в полум’ї свічки. На пляшку спрямовуємо, виділений світлофільтром пучок ІЧ-променів. Повітря в пляшечці нагрівається, розширюється і краплина рідини пересувається по трубці. Світлофільтр пропускання ІЧ-променів замінюємо фільтром поглинання. Розширення не спостерігається . Слід показати, що теплова дія ІЧ-променів проявляється тоді, коли вони поглинається тілом. Для цього витираємо сажу з пляшки. Прозоре скло і повітря в пляшці майже не поглинають випромінювання.

  1. Телеметрія за допомогою ІЧ-променів

До клем S1 генератора низької частоти (рис. 2) підключаємо фоторезистор, а до клем S2 - світлодіодний випромінювач. На відстані 1,5 м ставимо фотодіодний приймач, ввімкнений до входу ПНЧ з гучномовцем. Вмикаємо генератор в гучномовці чути звук певного тону. Змінюємо освітлення фоторезистора - в гучномовці змінюється висота тону. В досліді можна вибрати інші датчики – терморезистор, тензодатчик(фото 5).

  1. Фотореле на ІЧ-променях

До входу фотореле (рис. 3) включаємо фотодіод (фото 6). Як джерело ІЧ-променів можна використати світлодіодний випромінювач або лампу розжарення з фільтром, що пропускає ІЧ-промені. До клем «Навантаження» підключаємо вентилятор, електролампу, лічильник імпульсів. Перериваючи пучок світла непрозорим екраном, демонструємо передачу променями команд, принцип автоматичного підрахунку предметів.

  1. Передача і прийом шифрованої інформації

До входу осцилографа через підсилювач постійного струму підключаємо фотодіодний приймач ІЧ-променів. На нього спрямовується випромінювання пульта дистанційного керування телевізором. Демонструємо осцилограму пакету імпульсів, що несе інформацію для виконання певної команди. Натискуючи різні кнопки пульта, показуємо, що різним командам відбивають різні серії імпульсів. Частота розгортки і підсилення по вертикалі підбираються в процесі підготовки демонстрації.

  1. Демонстрація теплопеленгації

Саморобна модель теплопеленгатора дозволяє продемонструвати принципи виявлення об’єктів, що випромінюють теплову радіацію. В приймальній системі теплопеленгатора використано фотодіод. Безперервне обертання для пошуку цілі здійснюється за допомогою електродвигуна з редуктором (рис.4). На відстані 0,5 м від моделі ставимо джерело ІЧ променів – лампу розжарення, закриту фільтром що пропускає ІЧ-випромінювання. Якщо ціль виявлено, фотореле зупиняє двигун і вмикає сигнал (світлодіод).
с. 1

скачать файл

Смотрите также: